Обобщенная память спайковой нейронной сети с STDP пластичностью

Представлена модель памяти, основанная на импульсной нейронной сети с STDP пластичностью. Запись информации в модели осуществляется с помощью внешней стимуляции участка нейронной сети. Процесс воспроизведения памяти представляет собой функциональный ответ в виде популяционных пачек импульсов, синхронизированных с наносимой стимуляцией. Показано, что STDP-опосредованные перестройки способны кодировать локализацию наносимой стимуляции, при этом фокус стимуляции формирует исток векторного поля синаптических связей. На основе характеристик данного поля предложена мера обобщенной сетевой памяти.
В условиях повторных стимуляций может наблюдаться эффект ускорения формирования функционального ответа сети. При этом полученная усредненная кривая обучения и зависимость обобщенной памяти от номера стимуляции характеризуются степенной зависимостью. Показано, что максимальное время достижения функционального ответа определяется обобщенной памятью, оставшейся в результате предыдущих стимуляций. Таким образом ниспадающие кривые обучения обусловлены наличием неполного забывания предыдущих воздействий.
Исследована надежность обобщенной сетевой памяти, выражающаяся во времени хранения следов памяти после прекращения внешней стимуляции. Показано, что надежность памяти зависит от уровня нейронного шума, причем данная зависимость также носит степенной характер. Обнаружено, что ключевую роль в поддержании обобщенной сетевой памяти играют хабы – нейроны, способные инициировать генерацию популяционных пачек импульсов при отсутствии шума. Включение нейронного шума приводит к возникновению случайных пачек, инициированных нейронами, не являющимися хабами. Данная шумовая активность разрушает следы памяти и приводит к снижению ее надежности.