A tale of two algorithms: Structured slots explain prefrontal sequence memory and are unified with hippocampal cognitive maps

海马结构 认知 序列(生物学) 算法 计算机科学 前额叶皮质 工作记忆 认知心理学 神经科学 认知科学 心理学 人工智能 生物 遗传学
作者
James C. R. Whittington,William Dorrell,Timothy E.J. Behrens,Surya Ganguli,Mohamady El-Gaby
出处
期刊:Neuron [Cell Press]
被引量:2
标识
DOI:10.1016/j.neuron.2024.10.017
摘要

Remembering events is crucial to intelligent behavior. Flexible memory retrieval requires a cognitive map and is supported by two key brain systems: hippocampal episodic memory (EM) and prefrontal working memory (WM). Although an understanding of EM is emerging, little is understood of WM beyond simple memory retrieval. We develop a mathematical theory relating the algorithms and representations of EM and WM by unveiling a duality between storing memories in synapses versus neural activity. This results in a formalism of prefrontal WM as structured, controllable neural subspaces (activity slots) representing dynamic cognitive maps without synaptic plasticity. Using neural networks, we elucidate differences, similarities, and trade-offs between the hippocampal and prefrontal algorithms. Lastly, we show that prefrontal representations in tasks from list learning to cue-dependent recall are unified as controllable activity slots. Our results unify frontal and temporal representations of memory and offer a new understanding for dynamic prefrontal representations of WM.

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