A Neural Model of Synaptic Plasticity Underlying Short-term and Long-term Habituation

Abstract

It has been demonstrated that short-term habituation may be caused by a decrease in release of presynaptic neurotransmitters and long-term habituation seems to be caused by morphological changes of presynaptic terminals. A parsimonious model of short-term and long-term synaptic plasticity at the electrophysiological level is presented. This model consists of two interacting differential equations, one describing alterations of the synaptic weight and the other describing changes to the speed of recovery (forgetting). The latter exhibits an inverse S-shaped curve whose high value corresponds to fast recovery (short-term habituation) and low value corresponds to slow recovery (long-term habituation). The model has been tested on short-term and a set of long-term habituation data of prey-catching behavior in toads, spanning minutes to hours to several weeks.

The Role of Bottom-Up and Top-Down Cortical Interactions in Adaptation to Natural Scene Statistics

“…The model was extended by incorporating dynamic synaptic efficacies in the FF and FB excitatory connections to introduce synaptic adaptation in the network. Neural models of synaptic adaptation have been proposed by several researchers (Carpenter and Grossberg, 1987; Wang, 1993; Tetzlaff et al, 2012). The suggested mechanisms share common principles but also incorporate further details which depend on the particular aim of the modeling scope that is covered in addition.…”

Recuperación espontánea de la respuesta condicionada en un agente autónomo

“…En cuanto a la forma sigmoidal de las funciones utilizadas, se corresponden con las de mayor éxito en la simulación de cada uno de los procesos de habituación y condicionamiento, en el sentido de que son capaces de reproducir el mayor número de fenómenos con una razonable simplicidad. La referencia en el caso de la activación ha sido la función desarrollada por Wang (1994) y en el caso del condicionamiento los supuestos teóricos que desde Pavlov asumen que en el proceso de extinción se pone en marcha un proceso activo inhibitorio distinto del excitatorio, de menor intensidad que este último pero que se puede representar por una función similar (véase por ejemplo Bouton, 1994;Pearce y Hall, 1980;Robbins, 1990;Wagner, 1981).…”

“…1) donde λ j es un parámetro que determina la velocidad de decaimiento de la activación del elemento j, S t j es la intensidad del estímulo j (por lo que en la primera presentación del estímulo, A t j = S t j ) y puede oscilar entre 0 y 1. La ecuación 1 incluye otra ecuación en diferencias, D t j , llamada función de disponibilidad del estímulo y que determina la potencial activación de un estimulo particular si se presentara en el momento t; es una función sigmoidal creciente al igual que la propuesta en el modelo de la habituación de Wang (1994). Nuestra función es además sensible a la presentación de otros estímulos junto al estímulo objeto de estudio.…”

Using habituation as a simple and fundamental learning mechanism in an embodied artificial agent

“…Thus, when the stimulus is presented again shortly after, these elements can no longer contribute to the response behavior, lessening its intensity. Other mathematical models of habituation using differential equations have been explored by (Stanley, 1976) and refined later by (Wang, 1993) in order to incorporate long-term effects.…”