ブラウン大学の研究者らが、人間がワーキングメモリーを最適化する学習方法を示す(Brown University researchers show how humans learn to optimize working memory)

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2025-02-24 ブラウン大学

ブラウン大学のCarney脳科学研究所の研究チームは、作業記憶の容量制限の原因を解明し、ドーパミン関連の障害に新たな光を当てる研究成果を発表しました。作業記憶とは、短期間で情報を保持し操作する能力であり、例えば買い物リストを覚えて買い物をする際などに利用されます。研究チームは、大脳基底核と視床の新しいコンピューターモデルを開発し、作業記憶の容量制限が学習過程に起因することを示しました。具体的には、脳が一度に多くの情報を処理しようとすると混乱し、情報の管理が難しくなるため、容量が制限されるとしています。また、脳はこの制限に直面すると、関連する情報を「チャンク化」して圧縮し、効率的に記憶容量を活用する戦略を学習することが明らかになりました。さらに、ドーパミンがこの学習過程に重要な役割を果たしており、パーキンソン病、注意欠陥・多動性障害(ADHD)、統合失調症などのドーパミン関連の障害に関する新たな知見が得られました。

<関連情報>

適応的チャンキングにより、前頭前野と大脳基底核の回路における有効ワーキングメモリ容量が改善される Adaptive chunking improves effective working memory capacity in a prefrontal cortex and basal ganglia circuit

Aneri V Soni ,Michael J Frank
eLife  Published:February 3, 2025
DOI:https://doi.org/10.7554/eLife.97894.2

ブラウン大学の研究者らが、人間がワーキングメモリーを最適化する学習方法を示す(Brown University researchers show how humans learn to optimize working memory)

Abstract

How and why is working memory (WM) capacity limited? Traditional cognitive accounts focus either on limitations on the number or items that can be stored (slots models), or loss of precision with increasing load (resource models). Here we show that a neural network model of prefrontal cortex and basal ganglia can learn to reuse the same prefrontal populations to store multiple items, leading to resource-like constraints within a slot-like system, and inducing a trade-off between quantity and precision of information. Such “chunking” strategies are adapted as a function of reinforcement learning and WM task demands, mimicking human performance and normative models. Moreover, adaptive performance requires a dynamic range of dopaminergic signals to adjust striatal gating policies, providing a new interpretation of WM difficulties in patient populations such as Parkinson’s disease, ADHD and schizophrenia. These simulations also suggest a computational rather than anatomical limit to WM capacity.

医療・健康
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