Understanding the holism of the brain by whole rodent brain simulation
| Project Area | Holism in neuroscience: Large-scale recording and simulation |
|---|
| Project/Area Number |
21H05137
|
|---|
| Research Category |
Grant-in-Aid for Transformative Research Areas (B)
|
| Allocation Type | Single-year Grants |
|---|
| Review Section |
Transformative Research Areas, Section (III)
|
|---|
| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
|---|
Principal Investigator |
五十嵐 潤 国立研究開発法人理化学研究所, 計算科学研究センター, 上級研究員 (60452827)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2021-08-23 – 2024-03-31
|
| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
|
| Budget Amount *help |
¥30,030,000 (Direct Cost: ¥23,100,000、Indirect Cost: ¥6,930,000)
Fiscal Year 2023: ¥10,920,000 (Direct Cost: ¥8,400,000、Indirect Cost: ¥2,520,000)
Fiscal Year 2022: ¥10,920,000 (Direct Cost: ¥8,400,000、Indirect Cost: ¥2,520,000)
Fiscal Year 2021: ¥8,190,000 (Direct Cost: ¥6,300,000、Indirect Cost: ¥1,890,000)
|
|---|
| Keywords | Spiking Neural Networks / HPC / 神経振動 / コネクトーム / 大脳皮質 / 視床 / 小脳 / データ同化 / 高性能計算 / スパイキングニューラルネットワーク / 全脳シミュレーション |
|---|
| Outline of Research at the Start |
脳・身体・外界が相互作用する中で実行される脳の高次認知処理において、複数脳領域が一つのシステムとして協調動作する機構はよくわかっていない。本研究課題では大型計算機の膨大な並列計算性能を利用して、大規模脳計測データやコネクトームデータに基づくげっ歯類全脳と身体モデルの連関シミュレーションを実現する。そのため、大規模計測データを脳モデル構築や脳モデルの活動の拘束条件として、データ同化の手法を導入した大規模脳シミュレーションプラットフォームの開発を行う。細胞から全脳規模の神経回路を扱うことで複数脳領域が一つのシステムとして動作する仕組み、脳の全体性について、構成論的手法による理解を目指す。
|
| Outline of Annual Research Achievements |
最終年度の2023年度は、コネクトームベースのマウス全脳シミュレーション、データ同化の導入、身体―脳モデルシミュレーションを目標に取り組みを進めた。
コネクトームベースのマウス全脳シミュレーションについて、はじめに神経回路シミュレータにおけるメモリの効率化を行った。また、全層間相互作用を扱うため全層ボクセル間結合への拡張、顆粒皮質の詳細パラメータの導入を行った。これらによって、無顆粒皮質の運動野と顆粒皮質の体性感覚野の相互作用についてのシミュレーションを実現した。その結果、1次、2次運動野、1次、2次体性感覚野のそれぞれの体部位マップの間のトポグラフィックな結合を介して、同じ体部位付近に30-50Hzのガンマ周波数帯の振動活動の伝搬が発生した。この結果は、体性感覚や運動制御の情報処理において、運動野と体性感覚野の同じ体部位間はトポグラフィックな結合を介した神経振動で協調する可能性があることを示唆している。さらに、マウス方半球の運動野、体性感覚野、橋、小脳、大脳基底核の線条体、淡蒼球など、哺乳類脳の代表的部位から構成される神経回路シミュレーションを実現し、全脳的な相互作用のシミュレーション研究のための基盤を確立した。
コネクトームベースの全脳モデルのデータ同化に向けた取り組みとして、神経細胞シミュレーションで生成したデータを観測データとして、カルマンフィルターによる神経活動の推定を実施した。今後、全脳規模モデルへの拡張への一歩となる。
脳と身体モデルの連関シミュレーションについて、2022年度に検証した最小のテストプログラムから拡張を行った。脳と身体の共通情報の設定機構や数値計算ステップごとの脳と身体の相互通信を可能にするシミュレータの機能を実装した。これは、脳、身体、環境の相互作用に関するシミュレーションを実現するための基盤技術となる。
|
| Research Progress Status |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
|
| Strategy for Future Research Activity |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
|
Report
(3 results)
Research Products
(13 results)
