Изучение влияния входных осцилляций на поведение моделей рабочей памяти
29 апреля 2019 г. в МИЭМ НИУ ВШЭ в рамках научного семинара «Перспективные математические технологии» выступил Никита Новиков (НИУ ВШЭ, центр нейроэкономики и когнитивных исследований). Доклад был посвящен изучению влияния осцилляций на поведение моделей рабочей памяти.
В первой части доклада были представлены общие сведения относительно моделирования активности популяций нейронов. Были описаны принципы работы нейрона и ее симуляции при помощи модели типа «интегратор с утечкой». Были введены понятия функции отклика нейрона и популяционной частоты спайков. Был описан графический подход к определению положений равновесия тормозно-возбуждающей сети нейронов, а также способ построения низкоразмерного описания динамики этой сети.
Во второй части было введено понятие рабочей памяти, и приведены экспериментальные факты относительно связи популяционных колебаний в различных частотных диапазонах с различными этапами выполнения задач на рабочую память. Также был описан классический подход к моделированию рабочей памяти при помощи бистабильных сетей. Была описана используемая в представляемой работе популяционная модель тормозно-возбуждающей сети рабочей памяти с экспоненциальными синапсами и кратковременной пластичностью. Была описана разработанная нами схема предвычисления функций отклика нейронов в узлах сетки с координатами (средний синаптический ток, дисперсия возбуждающего синаптического тока, дисперсия тормозного синаптического тока) при помощи симуляции единичного нейрона, с дальнейшей интерполяцией между прдвычисленными значениями в ходе анализа положений равновесия и проведения численных симуляций популяционной модели.
В третьей части доклада были представлены основные полученные результаты. В работе рассматривались гипотетические механизмы стабилизации рабочей памяти при помощи входных высокочастотных колебаний и стирания памяти при помощи низкочастотных колебаний. В основе предложенного механизма стабилизации лежит различие резонансных свойств сети в фоновом состоянии и в состоянии активного удержания информации в памяти, а также способность к изменению среднего уровня активности под действием колебаний. Мы предполагаем, что популяции, являющиеся репрезентациями удерживаемого в памяти стимула (находящиеся в активном состоянии) и подлежащего игнорированию дистрактора (находящиеся в фоновом состоянии), соединены тормозными связями, а репрезентации разных признаков стимула – возбуждающими связями. Подача входных высокочастотных колебаний на вход системы приводит к усилению конкуренции между репрезентациями стимула и дистрактора (за счет резонансного возбуждения репрезентации стимула) и к усилению кооперации между репрезентациями разных признаков стимула (за счет облегчения синхронизации генерируемых ими квази-осцилляций). Подача на вход низкочастотных колебаний приводит к периодическому перебрасыванию системы в область притяжения фонового состояния равновесия, что, в конечном счете, приводит к прекращению активности, связанной с удержанием стимула.
Активное обсуждение доклада показало интерес участников семинара к данной тематике, а так же были обсуждены перспективы дальнейшего развития.
