The mammalian brain is a complex structure, capable of processing sensory stimuli through the lens of prior knowledge and experiences to guide behavior and decision-making. This process relies on intricate neural dynamics, synaptic plasticity mechanisms, and interactions across brain networks. Despite the brain's remarkable ability to store information, even seemingly stable memories can be modified by new experiences or forgotten over time.

In this work, we use computational modelling to investigate the mechanisms underlying memory functionality, focusing on how the brain supports short- and long-term memory processes. Our research sheds light on episodic, semantic, and working memory phenomena by employing cortical memory models integrating neural plasticity, Bayesian-Hebbian synaptic plasticity across a range of short and long timescales, together with short-term non-Hebbian mechanisms. Inspired by behavioral memory tasks and experimental evidence, we explore processes such as memory semantization — where associated episodic memories are gradually decoupled, allowing for the extraction of abstract semantic meaning. We also investigate and propose hypothetical underlying neurocomputational mechanisms of verbal omissions (memory forgetting) in odor naming tasks. Additionally, we examine the interplay between episodic memory and recency effects in immediate recall. Expanding our framework to working memory, we investigate how different plasticity mechanisms interact to enable both stability and flexibility in memory maintenance.

By bridging computational models with cognitive neuroscience, this research provides new insights into the neural and synaptic basis of memory processes.

Däggdjurshjärnan är en komplex struktur, kapabel att bearbeta sensoriska stimuli genom linsen av tidigare kunskap och erfarenheter och därigenom styra beteende och beslutsfattande. Denna process bygger på intrikat neural dynamik, synaptiska plasticitetsmekanismer och interaktioner mellan hjärnans olika nätverk. Trots hjärnans anmärkningsvärda förmåga att lagra information kan även till synes stabila minnen förändras av nya erfarenheter eller glömmas bort över tid.

I detta arbete använder vi oss av beräkningsmodeller för att undersöka de mekanismer som ligger till grund för olika minnesfunktioner, med fokus på hur hjärnan stödjer minnesprocesser pa lang och kort sikt. Vår forskning belyser fenomen kopplade till episodiskt, semantiskt och arbetsminne genom att använda kortikala minnesmodeller som integrerar neural dynamik, Bayesiansk-Hebbsk synaptisk plasticitet över både korta och långa tidsskalor tillsammans med kortsiktiga icke-Hebbska mekanismer. Inspirerade av olika minnesexperiment och och fynd från dessa undersöker vi processer såsom semantisering av minnet — där associerade episodiska minnen gradvis frikopplas, vilket möjliggör extrahering av abstrakt semantisk innebörd. Vi undersöker också och föreslår hypotetiska underliggande neuroberäkningsmekanismer för verbala utelämnanden (glömning) i luktidentifieringsuppgifter. Dessutom analyserar vi samspelet mellan episodiskt minne och s k recency-effekter i omedelbart minnesåterkallande. Genom att utvidga vår modell till arbetsminnet undersöker vi hur olika plasticitetsmekanismer samverkar för att möjliggöra både stabilitet och flexibilitet i minneslagring.

Genom att förena beräkningsmodeller med kognitiv neurovetenskap bidrar denna forskning med nya insikter om de neurala och synaptiska grunderna för våra minnesprocesser.