マッケンジー研究所は、記憶がどのように作られるか、神経活動のパターンがどのように形成され伝播するか、そして発作の広がりをどのように制御するかを研究しています。
海馬は最も研究されている脳領域の一つであるにもかかわらず、その中核的な機能は未だ解明されていません。私の研究は、海馬機能における関係記憶の枠組みに基づいています。この理論によれば、時間的にも空間的にも隔たった出来事も、海馬回路における連想的な結びつきによって互いに関連付けられる可能性があります。この時空間的な橋渡しによって、新たな規則やカテゴリーが発見されることが可能となり、これこそがこの記憶システムの主要な機能だと私は考えています。
どういうわけか、海馬は、そうでなければ弱い結合性を持っているであろう皮質領域を一緒に結合することができます。 機械学習の用語では、この海馬に依存するコヒーレンスは、学習が発生する可能性のある機能空間を拡張します。 詳細から規則性をどのように抽出するかに興味があります。 具体的には、私の研究室では、海馬/皮質の相互作用によって提供される拡張された特徴空間によって、カテゴリ学習がどのように影響を受けるかを研究しています。
生涯のうちに、アメリカ人の26人に1人がてんかんと診断されます。利用可能な薬物療法には重大な副作用があり、人口の30%には効果がなく、発作焦点の外科的切除などの代替療法を求めるまでに何年も苦しむことがよくあります。焦点が不明な場合、焦点が複数ある場合、または切除のリスクが高すぎる場合は、脳深部刺激が選択肢となる可能性があります。現在、FDAが承認している選択肢は2つあります。視床前核の慢性刺激と、発作開始部位への閉ループ「応答型」刺激です。これらの刺激プロトコルがなぜ効果的なのか、どの患者が最も恩恵を受けるのか、いつどのように刺激するかを決定するための最善の戦略は誰にもわかりません。
私の研究室では、発作が始まる前に発作を検出する発作予測アルゴリズムの開発に取り組んでいます。 この高度な警告は、神経活動を混乱させて脳の同期を解除し、発作後の活動が発症ゾーンから健康な脳領域に広がるのを防ぐために使用されます。
脳が自分自身と通信するために使用する神経活動の特徴を誰も知りません。 それは、どのニューロンが発火するか、それらのニューロンが特定の時間枠で発火する速度、ある時間枠内の同期活動のパターン、またはニューロンが相互に発火する順序でさえあり得る。 同期活動のパターンが重要であり、学習は、特定の状況でニューロンが一緒に発火する変化によってサポートされていると思います。 私の研究室では、興奮性ニューロンが互いにどのように競合して、短い時間枠で一緒に活動するかを研究しています。 私は、横方向の抑制における可塑性が、誰が誰と、どのような状況でそれらの共存の規則が適用されるかを決定する可能性があるかどうかを知りたいです。
複雑な相関パターンと細かくバランスの取れた同期は、それらのスパイクが遠心性脳領域で発散活動を促進できる場合にのみ重要です。 同期アクティビティのパターンはどのように読み取られますか？ 着信信号は、リージョン内の繰り返し接続を通じて出現した進行中のアクティビティとどのように相互作用しますか？ これらの中央記憶回路の任意のシナプスでのシナプス伝達規則を理解するために、ある脳領域から別の脳領域の活動への入力の独自の寄与を切り離すことができますか？