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時空間相関を持つマルチニューロンスパイクモデルの構築

Research Project

Project/Area Number 09J00949
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Sensitivity informatics/Soft computing
Research InstitutionKyoto University

Principal Investigator

近江 崇宏  京都大学, 理学研究科, 特別研究員(DC1)

Project Period (FY) 2009 – 2011
Project Status Completed (Fiscal Year 2011)
Budget Amount *help
¥2,100,000 (Direct Cost: ¥2,100,000)
Fiscal Year 2011: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
Fiscal Year 2010: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
Fiscal Year 2009: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
Keywords点過程 / 統計解析
Research Abstract

本研究課題は、空間的に広がったシステムが示す協調的なダイナミクスのモデルリングを目的としている。主な対象として神経細胞集団のスパイク発火を想定している。しかしながら近年、神経細胞のスパイク発火と地震発生の現象論的な類似性が指摘されており、より発展的な観点から地震時系列についても対象として、研究を行ってきた。本研究課題1、2年目においては、主に成果の出ていた地震の時系列解析の研究について報告した。本年度の報告では、本課題の中心テーマである神経細胞集団のスパイク発火についての解析の研究についての詳細な報告を行う。まず単一の神経細胞のスパイク列の発生率をヒストグラムを用いて精度よく推定する手法の開発を行った。既存の手法はスパイクがポアソン過程に従って生成されているという想定に従っているが、実験で観察されるスパイク列はポアソンではないことがわかっている。そこで本研究では現実のデータに適用可能なように、既存の手法をより一般の場合への拡張を行った。そして、数値実験、実データを用いて、提案手法の有効性を示した。スパイクデータからの発生率推定は神経科学では実験データ解析の標準的手続きである。さらに本手法は簡潔であり、統計解析の基礎知識を持たない研究者でも容易に実装が可能になっている。そのため今後本提案手法が多くの研究者に使われると考えられる。また本研究は理論神経科学の一流紙Neural Computation誌から出版され、2011年度の神経回路学会において大会奨励賞を与えられた。二つ目の研では神経細胞集団のスパイク列から動物が将来起こす行動のタイミングを予測する研究を東北大学医学部のグループと共同で行った。24個の補足運動野の神経細胞のスパイク列から約1秒のタイミングで行動タイミングの予測が可能であることを明らかにした。この結果は脳信号を用いた外部機器の操作(BMI)への応用においても重要な結果であると考えられる。

Report

(3 results)
  • 2011 Annual Research Report
  • 2010 Annual Research Report
  • 2009 Annual Research Report
  • Research Products

    (14 results)

All 2012 2011 2010 2009

All Journal Article (4 results) (of which Peer Reviewed: 4 results) Presentation (10 results)

  • [Journal Article] Optimizing time histograms for non-Poissonian spike trains2011

    • Author(s)
      T.Omi, S.Shinomoto
    • Journal Title

      Neural Computation

      Volume: 23 Issue: 12 Pages: 3125-3144

    • DOI

      10.1162/neco_a_00213

    • Related Report
      2011 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Deciphering elapsed time and predicting action timing from neuronal population signals2011

    • Author(s)
      S.Shinomoto, T.Omi, A.Mita, H.Mushiake, K.Shima, Y.Matsuzaka, J.Tanji
    • Journal Title

      Frontiers in Computational Neuroscience

      Volume: 5 Pages: 29-29

    • DOI

      10.3389/fncom.2011.00029

    • Related Report
      2011 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Optimal observation time window for forecasting the next earthquake2011

    • Author(s)
      T.Omi, K.Ido, S.Shinomoto
    • Journal Title

      Physical Review E

      Volume: 83 Pages: 26101-26101

    • Related Report
      2010 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] A non-universal aspect in the temporal occurrence of earthquakes2010

    • Author(s)
      X.Zhao, T.Omi, N.Matsuno, S.Shinomoto
    • Journal Title

      New Journal of Physics

      Volume: 12 Pages: 63010-63010

    • Related Report
      2010 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 非ポアソン性を持つスパイク列に対するヒストグラムの最適化2012

    • Author(s)
      近江崇宏、篠本滋
    • Organizer
      日本物理学会,2012年次大会
    • Place of Presentation
      関西学院大学(兵庫県)
    • Year and Date
      2012-03-25
    • Related Report
      2011 Annual Research Report
  • [Presentation] Optimal observation time window for forecasting the next earthquakes2012

    • Author(s)
      T.Omi, S.Shinomoto
    • Organizer
      Complexity in earthquake dynamics : From nonlinearity to earthquake prediction and seismic stability
    • Place of Presentation
      Grandmir Hotel (Uzbekistan)
    • Year and Date
      2012-01-26
    • Related Report
      2011 Annual Research Report
  • [Presentation] A method for selecting the bin size of a time histogram for a non-Poissonian spike train2012

    • Author(s)
      T.Omi
    • Organizer
      Workshop for Young Neuroscientists in Japan-France Joint Symposium on Neural Dynamics and Plasticity : from Synapse to Network
    • Place of Presentation
      Kyoto University (Japan)
    • Year and Date
      2012-01-11
    • Related Report
      2011 Annual Research Report
  • [Presentation] A recipe for optimizing time histograms for non-Poissonian spike trains2011

    • Author(s)
      T.Omi, S.Shinomoto
    • Organizer
      The 21st Annual Conference of the Japanese Neural Network Society
    • Place of Presentation
      Okinawa Institute of Science and Technology (Japan)
    • Year and Date
      2011-12-17
    • Related Report
      2011 Annual Research Report
  • [Presentation] 相関のあるイベント時系列に対するヒストグラムの最適化2011

    • Author(s)
      近江崇宏、篠本滋
    • Organizer
      第14回情報論的学習理論ワークショップ
    • Place of Presentation
      奈良女子大学(奈良県)
    • Year and Date
      2011-11-10
    • Related Report
      2011 Annual Research Report
  • [Presentation] Optimizing Time Histgrams for Non-Poissonian Spike Trains2011

    • Author(s)
      Takahiro Omi
    • Organizer
      Japan-Germany Joint Workshop on "Computational Neurowcience"
    • Place of Presentation
      Okinawa Institute of science and technology
    • Year and Date
      2011-03-02
    • Related Report
      2010 Annual Research Report
  • [Presentation] Optimal Observation Time Window for Forecasting the Next Earthquake2011

    • Author(s)
      近江崇宏
    • Organizer
      GCOEシンポジウム「フロンティア開拓」
    • Place of Presentation
      京都大学理学研究科
    • Year and Date
      2011-02-21
    • Related Report
      2010 Annual Research Report
  • [Presentation] 地震発生予測に最適な観察時間2010

    • Author(s)
      近江崇宏・篠本滋
    • Organizer
      第13回情報論的学習理論ワークショップ
    • Place of Presentation
      東京大学生産研
    • Year and Date
      2010-10-25
    • Related Report
      2010 Annual Research Report
  • [Presentation] 地震の発生間隔の相関について22010

    • Author(s)
      近江崇宏・篠本滋
    • Organizer
      日本物理学会 第65回年次大会
    • Place of Presentation
      岡山大学
    • Year and Date
      2010-03-23
    • Related Report
      2009 Annual Research Report
  • [Presentation] 地震の発生間隔の相関について2009

    • Author(s)
      近江崇宏・篠本滋
    • Organizer
      日本物理学会 2009年秋季大会
    • Place of Presentation
      熊本大学
    • Year and Date
      2009-09-25
    • Related Report
      2009 Annual Research Report

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Published: 2009-04-01   Modified: 2024-03-26  

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