Двухфакторная синаптическая пластичность обеспечивает консолидацию памяти во время нейронной пачковой активности

Как мозговые цепи могут оставаться достаточно пластичными для кодирования новой информации и одновременно стабилизировать синаптические изменения, поддерживающие долговременную память? Многие цепи переключаются между тоническим спайкингом, который кодирует внешние входы, и пачковой (burst) активностью, возникающей коллективно; однако неясно, как эти состояния взаимодействуют с синаптической пластичностью для обеспечения консолидации. Здесь мы рассматриваем, могут ли эпизоды пачковой активности предоставить минимальный, механистически интерпретируемый путь к стабилизации воспоминаний, закодированных во время тонической активности. Мы вводим правило двухфакторной синаптической пластичности в проводимостно-зависимой спайковой сети, которое устойчиво переключается между тоническим и пачковым режимами. Эффективная синаптическая сила представлена как произведение двух факторов: первичного, гибкого фактора, обновляемого по геббианскому механизму, и вторичного фактора, отражающего стабилизирующие процессы. Вторичный фактор регулируется в соответствии со скоростью изменения первичного фактора. В исследовании на задаче распознавания образов сеть кодирует новые входы во время тонической активности и переживает эпизоды пачек. Правило двух факторов стабилизирует ранее изученные паттерны, интегрирует информацию между образцами для обеспечения обобщения и повышает устойчивость к шуму. Эксперименты с абляцией показывают, что эти эффекты требуют синергии между пачковой активностью нейронов и правилом двухфакторной пластичности: блокирование вторичной пластичности препятствует стабильному удержанию, замена пачек на покой приводит к угасанию воспоминаний, а замена пачек дополнительной тонической активностью вызывает интерференцию и чувствительность к шуму. Наконец, анализ отношения сигнал/шум в циклах тоника–пачка выявляет параметры, в которых пачки либо усиливают, либо ослабляют синаптические представления, что соответствует консолидации или отсеву (pruning) соответственно.