| Project Area | Multicellular neurobiocomputing |
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| Project/Area Number |
21H05164
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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 (IV)
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
谷井 孝至 早稲田大学, 理工学術院, 教授 (20339708)
平野 愛弓 東北大学, 電気通信研究所, 教授 (80339241)
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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 |
¥31,850,000 (Direct Cost: ¥24,500,000、Indirect Cost: ¥7,350,000)
Fiscal Year 2023: ¥9,100,000 (Direct Cost: ¥7,000,000、Indirect Cost: ¥2,100,000)
Fiscal Year 2022: ¥8,190,000 (Direct Cost: ¥6,300,000、Indirect Cost: ¥1,890,000)
Fiscal Year 2021: ¥14,560,000 (Direct Cost: ¥11,200,000、Indirect Cost: ¥3,360,000)
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| Keywords | 多細胞バイオ計算 / 培養神経回路 / リザバーコンピューティング / マイクロ流体デバイス / 多点電極アレイ / 蛍光カルシウムイメージング / 自発活動 / オプトジェネティクス / 数理モデル / スパイキングニューラルネットワーク / カルシウムイメージング / マイクロ加工 / バイオインターフェース / レザバー計算 |
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| Outline of Research at the Start |
本計画班では，マイクロ加工基板表面に形成した「人工神経細胞回路」(※接続様式が厳密に規定された培養神経回路)とその摂動解析系を基盤として，実神経細胞が構成する多細胞ネットワークの大自由度システムとしての動的特性と自己組織性をボトムアップに解析するための新しい実験系を創成する．そして，マウス大脳皮質視覚野(A03松井班)と運動野(A04正水班)の実細胞モデル系となる階層的フィードフォワード神経回路とリカレント型神経回路を再構成し，A01香取班との連携のもとで，時空間発火パターンの構造基盤を記述する数理モデルを構築する．
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| Outline of Final Research Achievements |
We developed "artificial neuronal networks," i.e., cultured neuronal networks with well-defined connection patterns, and their perturbation analysis systems, and constructively analyzed the dynamical properties of multicellular networks composed of biological neurons. We succeeded in recording and modeling the perturbation responses of artificial neuronal networks with modular structure and in demonstrating the proof-of-concept of physical reservoir computing using biological neurons.
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| Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
神経科学の基礎研究・物理リザバーコンピューティング・創薬支援技術などの多くの分野で期待が高まっている培養神経回路を対象として，その構造・機能をマイクロ加工基板やマイクロ流体デバイスを用いて制御する技術を開発した．これにより，生体脳に近い神経細胞ネットワークを培養系で再構築することが可能になった．
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