Homunculusの追放：ワーキングメモリワークを作成します

前頭前野は長い間、作業記憶と「エグゼクティブ」機能の両方に役立つと考えられてきましたが、統合された機能の機械的基盤はよく理解されており、しばしばホムンクルスに相当します。このペーパーでは、これらの現象の根底にある正確な計算および神経メカニズムを解明することにより、このホムンクルスを解体するための長期的な研究アジェンダを追求する私たちの研究室やその他の進捗状況をレビューします。ワーキングメモリの基礎となる6つの重要な機能要求の概要を説明し、大脳基底核（BG）の前頭前野および関連システムの計算モデルの現在の状態を説明します。PBWM（前頭前野、大脳基底核の作業記憶モデル）と呼ばれるモデルは、大脳基底核によって動的に更新/ゲートされる前頭前野の積極的に維持された表現に依存しています。中脳のドーパミン作動性システムと大脳基底核と扁桃体を介した活性化に基づいて、強力な強化学習メカニズムを利用することにより、主に人間のようなパフォーマンスを開発することができます。これらの学習メカニズムにより、モデルは戦略的でタスクに適した方法でそれ自体と他の脳領域の両方を制御することを学ぶことができます。このモデルは、挑戦的なワーキングメモリタスクを学ぶことができ、いくつかの重要な経験的研究によって裏付けられています。

The prefrontal cortex has long been thought to subserve both working memory and "executive" function, but the mechanistic basis of their integrated function has remained poorly understood, often amounting to a homunculus. This paper reviews the progress in our laboratory and others pursuing a long-term research agenda to deconstruct this homunculus by elucidating the precise computational and neural mechanisms underlying these phenomena. We outline six key functional demands underlying working memory, and then describe the current state of our computational model of the prefrontal cortex and associated systems in the basal ganglia (BG). The model, called PBWM (prefrontal cortex, basal ganglia working memory model), relies on actively maintained representations in the prefrontal cortex, which are dynamically updated/gated by the basal ganglia. It is capable of developing human-like performance largely on its own by taking advantage of powerful reinforcement learning mechanisms, based on the midbrain dopaminergic system and its activation via the basal ganglia and amygdala. These learning mechanisms enable the model to learn to control both itself and other brain areas in a strategic, task-appropriate manner. The model can learn challenging working memory tasks, and has been corroborated by several important empirical studies.