| Project Area | Holism in neuroscience: Large-scale recording and simulation |
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| Project/Area Number |
21H05137
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Transformative Research Areas (B)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Review Section |
Transformative Research Areas, Section (III)
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| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
Igarashi Jun 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)
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| Project Period (FY) |
2021-08-23 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| 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)
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| Keywords | スパイキングニューラルネットワーク / 大脳皮質 / 小脳 / 大脳基底核 / コネクトーム / 筋骨格 / 神経振動 / HPC / Spiking Neural Networks / 視床 / データ同化 / 高性能計算 / 全脳シミュレーション |
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| 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。
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| Outline of Final Research Achievements |
We constructed a neural circuit model of the mouse cerebral cortex, basal ganglia, and cerebellum based on mouse brain atlas and connectome data and conducted simulations. As a result, the synchronous neural activity of 30-50Hz in the primary motor cortex was caused by stimulation, which propagated to the secondary motor cortex, pons, and cerebellum and exhibited a specific firing phase distribution for each cell type. Oscillatory activity propagated between the primary and secondary motor cortices in adjacent regions representing the same body part. These results suggest that it may act as a coordinated mechanism for the behavior of neural populations via oscillatory activity between regions. We have achieved simultaneous execution of simulations of 100 mouse cerebral cortices in both hemispheres using "Fugaku." We have achieved a coordinated simulation of mouse brain and musculoskeletal models.
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| Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
脳の情報処理において脳全体の神経細胞の協調機構についてはまだよくわかっていない。本研究の領域内、領域間の振動的同期活動のシミュレーションは、脳の複雑な結合を通した振動による協調の可能性について示唆する。本研究成果は、様々な脳疾患でみられる領域間協調における問題の理解やその治療法開発、脳の協調機構にヒントを得た省エネルギーのプロセッサ開発に役立つ可能性がある。「富岳」によるマウス大脳皮質100体のシミュレーションはデータ同化によるデータの効率的利用への第一歩となる。マウス脳―筋骨格シミュレーションは神経相互作用と身体・脳の相互作用をデジタル上で統合し、神経科学研究の新たなアプローチを可能にする。
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