Predictive sequence learning in the hippocampal formation

海马结构 内嗅皮质 神经科学 齿状回 海马体 生物神经网络 心理学 感觉系统 人工智能 计算机科学
作者
Yusi Chen,Huanqiu Zhang,Mia Cameron,Terrence J. Sejnowski
出处
期刊:Neuron [Cell Press]
卷期号:112 (15): 2645-2658.e4 被引量:6
标识
DOI:10.1016/j.neuron.2024.05.024
摘要

The hippocampus receives sequences of sensory inputs from the cortex during exploration and encodes the sequences with millisecond precision. We developed a predictive autoencoder model of the hippocampus including the trisynaptic and monosynaptic circuits from the entorhinal cortex (EC). CA3 was trained as a self-supervised recurrent neural network to predict its next input. We confirmed that CA3 is predicting ahead by analyzing the spike coupling between simultaneously recorded neurons in the dentate gyrus, CA3, and CA1 of the mouse hippocampus. In the model, CA1 neurons signal prediction errors by comparing CA3 predictions to the next direct EC input. The model exhibits the rapid appearance and slow fading of CA1 place cells and displays replay and phase precession from CA3. The model could be learned in a biologically plausible way with error-encoding neurons. Similarities between the hippocampal and thalamocortical circuits suggest that such computation motif could also underlie self-supervised sequence learning in the cortex.

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