An in silico learning model with pathological intrinsic synaptic dynamics

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project Area: Constructive understanding of multi-scale dynamism of neuropsychiatric disorders
• Project/Area Number: 18H05432
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Biological Sciences
• Research Institution: Institute of Physical and Chemical Research
• Principal Investigator: Toyoizumi Taro 国立研究開発法人理化学研究所, 脳神経科学研究センター, チームリーダー (50547461)
• Project Period (FY): 2018-06-29 – 2023-03-31
• Keywords: シナプスゆらぎ / スパイン / セルアセンブリ / 記憶 / 主体感 / インテンショナルバインディング / 報酬予測誤差 / プロスペクト理論

Outline of Final Research Achievements

Synapses in the brain undergo constant remodeling even in the absence of activity-dependent changes. We moded intrinsic synaptic dynamics in wild-type mice as well as in a mouse model of fragile X syndrome (FXS). Intrinsic dynamics suppressed the expansion of cell assemblies, thereby maintaining memories stably in the wild-type model. In contrast, too strong intrinsic dynamics in the FXS model prevented the formation of cell assemblies, causing delayed learning.

Free Research Field

理論神経科学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

脳のシナプスの学習則としてはヘッブ型の可塑性がよく知られている。しかし、共に活動するニューロン間のシナプスが強化されるヘッブ型可塑性の帰結として、大きなセルアセンブリが新しいニューロンを取り込んでより大きく拡大し、過度な神経活動の同期を生じる問題点が指摘されていた。本モデル研究によって正常なシナプスゆらぎがその拡大を抑えて記憶の安定に寄与し得ること、自閉症様のシナプスゆらぎが学習遅滞を説明することが分かった。本研究は正常脳と病態脳の学習の理解に貢献すると考えられる。