Журнал высшей нервной деятельности им. И.П. Павлова, 2021, T. 71, № 5, стр. 583-590

Модель формирования карты на основе ассоциации клеток направления и места

В. И. Майоров 1*

1 Кафедра высшей нервной деятельности Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова
Москва, Россия

* E-mail: vimaiorov@mail.ru

Поступила в редакцию 04.09.2020
После доработки 18.10.2020
Принята к публикации 22.12.2020

Аннотация

Показано, как в рекуррентной нейронной сети условный сигнал от “клеток направления” (УС) приобретает способность активировать ту последовательность нейронов (“клеток места”), с которой он ассоциировался в прошлом опыте (“replay”). Нейроны модели связаны глутаматными синапсами с высокой концентрацией и долей NMDAR, УС действует только через синапсы с AMPAR. Матрица связей УС структурно идентична матрице рекуррентных связей. При обучении направляющие связи потенциируются в ассоциации с ближайшими коллатеральными, когда задний фронт синаптического возбуждения от предыдущих в порядке активации нейронов совпадает с передним фронтом деполяризации последующих. На каждом шаге изменения матрицы связей УС функционально эквивалентны изменениям матрицы рекуррентных связей. В результате УС приобретает способность потенциировать проводимость NMDA-каналов (генерировать NMDA-спайк) рекуррентных связей в ассоциированной последовательности. Разные УС становятся указателями на разные последовательности.

Ключевые слова: гиппокамп, клетки места, клетки направления, рекуррентные нейронные сети, NMDA-рецепторы, синаптическая пластичность

DOI: 10.31857/S0044467721050075

Список литературы

  1. Майоров В.И. Поиск скрытой платформы в тесте Морриса по дофаминовому градиенту на клетках места. Журнал высшей нервной деятельности им. И.П. Павлова. 2018. 68 (4): 429–433.

  2. Antic S.D., Zhou W-L., Moore A.R., Short S.M., Ikonomu K.D. The decade of the dendritic NMDA spike. J. Neurosci. Res. 2010. 88 (14): 2991–3001.

  3. Brandalise F., Carta S., Helmchen F., Lisman J., Gerber U. Dendritic NMDA spikes are necessary for timing – dependent associative LTP in CA3 pyramidal cells. Nature communications. 2016. 7 (13480): P. 1–9.

  4. Burak Y. Spatial coding and attractor dynamics of grid cells in the entorhinal cortex. Current Opinion in Neurobiology. 2014. 25: 169–175.

  5. Eichenbaum H. The role of the hippocampus in navigation is memory. J. Neurophysiol. 2017. 117: 1785–1796.

  6. Erdem U.M., Hasselmo M.E. A goal-directed spatial navigation model using forward trajectory planning based on grid cells. Eur. J. Neurosci. 2012. 35 (6): 916–931.

  7. Erdem U.M., Hasselmo M.E. A Biologically Inspired Hierarchical Goal Directed Navigation Model. J. Physiol. Paris. 2014. 108 (1): 28–37.

  8. Larson J., Munkácsy E. Theta-burst LTP. Brain Res. 2015. 1621: 38–50.

  9. Lisman J., Buzsáki G., Eichenbaum H., Nadel L., Rangananth C., Redish A.D. Viewpoints: how the hippocampus contributes to memory, navigation and cognition. Nature Neuroscience. 2017. 20 (11): 1434–1447.

  10. Mehta M.R. Cooperative LTP can map memory sequences on dendritic branches. Trends in Neurosciences. 2004. 27 (2): 69–72.

  11. Ponulak F., Hopfield J.J. Rapid, parallel path planning by propagating wave fronts of spiking neural activity. Frontiers in Computational Neuroscience. 2013. 7 (Article 98): 1–14.

  12. Poucet B., Lenck-Santini P.P., Hok V., Save E., Banquet J.P., Gaussier P., Müller R.U. Spatial Navigation and Hippocampal Place Cell Firing: The Problem of Goal Encoding. Rev. Neurosci. 2004. 15 (2): 89–107.

  13. Sanders H., Rennó-Costa C., Idiart M., Lisman J. Grid Cells and Place Cells: An Integrated View of their Navigational and Memory Function. Trends Neurosci. 2015. 38 (12): 763–775.

  14. Shipston-Sharman O., Solanka L., Nolan M.F. Continuous attractor network models of grid cell firing based on excitatory–inhibitory interactions. J. Physiol. 2016. 594 (22): 6547–6557.

  15. Shouval H.Z., Wang S.S.-H., Wittenberg G.M. Spike timing dependent plasticity: a consequence of more fundamental learning rules. Frontiers in Computational Neuroscience. 2010. V. 4. Article 19. P. 1–13.

  16. Taube J.S. The Head Direction Signal: Origins and Sensory-Motor Integration. Annu. Rev. Neurosci. 2007. 30: 181–207.

Дополнительные материалы отсутствуют.