본 논문은 생물학적 및 인공 학습 시스템 모두에서 직면하는 가소성-안정성 딜레마를 해결하기 위해 신경조절물질의 역할을 탐구한다. 특히, 대뇌피질 5층 피라미드 신경세포에서 아세틸콜린과 노르아드레날린과 같은 신경조절물질이 뉴런 이득과 억제 게이팅을 조정하여 회로의 분리와 통합의 균형을 맞추는 메커니즘을 제시한다. 이를 위해, 피라미드 신경세포의 2구획 Izhikevich 모델과 소마토스타틴(SOM) 및 파르발부민(PV) 인터뉴런의 1구획 모델을 개발하여, 가우시안 연결성과 스파이크-타이밍-의존적 가소성(STDP)을 통해 연결하였다. 원위 수상돌기 신호가 역전파 활동전위와 일치할 때, 칼슘 플래토가 단일 체세포 스파이크를 고이득 버스트로 전환하고, 인터뉴런 억제가 출력을 조각한다. 이러한 특성을 통해 5층 세포가 신경조절 신호를 유연한 피질 활동으로 변환하는 이득 조정 증폭기 역할을 한다는 것을 보여준다. 강한 수상돌기 구동이나 더 긴밀한 결합은 칼슘으로 유발된 체세포 버스트의 가능성을 높여 이득을 증가시키는 반면, 수상돌기 표적 억제는 이득을 억제하고, 체세포 표적 억제는 이웃 뉴런의 발화 역치를 높여 뉴런 출력을 게이팅한다. 특히, 버스팅은 STDP를 가속화하여 빠른 시냅스 재구성과 유연성을 지원한다. 이는 신경조절물질에 의해 구동되는 짧은 이득 펄스가 적응적 두 시간 척도 최적화 메커니즘으로 작용하여 시냅스 가중치 업데이트를 효과적으로 조절할 수 있음을 시사한다.
