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Neural stochasticity and criticality in memory replay

Descrizione del progetto

Le valanghe possono rappresentare una forza naturale positiva per il consolidamento della memoria

Formare, archiviare e recuperare i ricordi è fondamentale per la nostra vita di tutti i giorni, la nostra crescita personale e professionale, le relazioni interpersonali e il nostro benessere generale. In mancanza di tali funzioni, e conseguenze possono essere devastanti come testimoniato dalla demenza oppure da altri tipi di disturbi o perdita della memoria. L’intero processo di formazione, archiviazione e recupero ha dimensioni spaziali e temporali complesse in quanto i ricordi si muovono da una parte del cervello a un’altra durante il consolidamento. Il progetto BrownianReactivation, finanziato dall’UE, sta combinando esperimenti con modelli matematici per esaminare «valanghe di attività» lungo i percorsi dei ricordi, dai substrati a breve termine (ippocampo) ai substrati a lungo termine (corticale).

Obiettivo

Memories are not stored in a stable manner in the brain. Instead they undergo an almost constant process of transformation and reorganization from the very moment of their formation. This phenomenon, going under the name of memory consolidation is also at the core of fundamental changes in the nature of the information carried by the neural representations. In fact, the switch from hippocampal-based short-term memories to cortex-based long-term memories also coincides with the transitions from episodic to semantic memories. In this proposal, we aim at investigating the role played in memory consolidation by stochasticity and criticality of neural dynamics. We will develop a quantitative approach to this question by combining statistical analysis of newly recorded data, with mathematical modelling of the cortical-hippocampal interaction. Our hypothesis takes the emergence of long-range correlation as the central mechanism characterizing semantic memory formation. We propose that cortical neural circuits poised at criticality can exploit activity avalanches associated with this state to induce the collective activation of large portions of the brain necessary to reconstruct the complete input statistics. Using a hierarchical neural network trained with an input of random samplings of the episodic representations stored in the hippocampus, we will explore the interaction between the performance of the network and its closeness to a critical state. We will complement this work with an analysis of the presence of criticality in the cortical cell assemblies formed after learning a complex behavioural task. We expect these cell assemblies to show maximal contribution to the propagation of neural avalanches and to present consistent coordination with the hippocampal activity. We intend to integrate these results in a coherent theory of long-term memory formation, explaining the ability to generalize starting from event-based experiences.

Campo scientifico (EuroSciVoc)

CORDIS classifica i progetti con EuroSciVoc, una tassonomia multilingue dei campi scientifici, attraverso un processo semi-automatico basato su tecniche NLP. Cfr.: https://op.europa.eu/en/web/eu-vocabularies/euroscivoc.

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Meccanismo di finanziamento

MSCA-IF-EF-ST -

Coordinatore

STICHTING RADBOUD UNIVERSITEIT
Contributo netto dell'UE
€ 175 572,48
Indirizzo
HOUTLAAN 4
6525 XZ Nijmegen
Paesi Bassi

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Regione
Oost-Nederland Gelderland Arnhem/Nijmegen
Tipo di attività
Istituti di istruzione secondaria o superiore
Collegamenti
Costo totale
€ 175 572,48