計算論的立場からの神経細胞集団の情報処理の解明

• Project/Area Number: 17022049
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Biological Sciences
• Research Institution: The Institute of Physical and Chemical Research
• Principal Investigator: 中原 裕之 独立行政法人理化学研究所, 理論統合脳科学研究チーム, チームリーダー (10312282)
• Project Period (FY): 2005
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2005)
• Budget Amount: ¥4,000,000 (Direct Cost: ¥4,000,000); Fiscal Year 2005: ¥4,000,000 (Direct Cost: ¥4,000,000)
• Keywords: 神経科学 / 数理工学 / 統計数学 / 情報工学 / 人工知能

Research Abstract

本研究の目的は、神経細胞集団による情報処理、特に意思決定/運動制御の過程の計算論的解明である。これは、高次脳機能の解明の根本的課題の一つであり、理論的蓄積、特に実験と共同した理論研究は、この課題解明には必要不可欠である。本申請の将来的な研究目的として、(I):多電極同時記録からの細胞集団の相互結合の推定、(II):細胞集団活動の相互作用に基づく意思決定と運動制御の二つがある。本年度では、各々の研究目的で基礎となる研究を進めた。(I)では、時間/空間の両方のドメインにわたる相関を考えていくことが細胞集団の相互結合の解明の基礎となる。そのため、本年度では、個々のドメインで、単一神経細胞の時系列の高次相関、及び細胞集団活動の情報の復号化の最適性、について研究を行った。(II)では、大脳基底核が、情動(具体的には報酬獲得の期待)をどのようにして意思決定・運動制御へと反映させるかについて、我々の提案をまとめた。簡潔にはその提案は、報酬方向へのバイアス(情動における快を得られる判断・運動を選好する方向へバイアス)を大脳基底核が予め作りだすというものである。広範な実験結果に基づいており、我々はこの提案に自信をもっている。また、異なる潜時をもつ大脳皮質-大脳基底核回路の機能に関する計算モデルを提案し、検証した。以上述べた研究は、既に出版論文などの成果物としてまとめられた。来年度以降、上述した研究目的に向かって、着実に歩を進めていきたいと考えている。特に、多電極記録からの相互結合の推定を少しでも実現していくことは、両方の研究を統合しながら大きく発展させていく良い原動力となるので、力を入れていきたい。

Research Products

• [Journal Article] A comparison of descriptive models of a single spike train by information geometric measure. (2006)
  • Author(s): Nakahara, H., Amari, S., Richmond, B.J.
  • Journal Title: Neural Computation. 18 Pages: 545-568
• [Journal Article] Basal ganglia orient eyes to reward. (2006)
  • Author(s): Hikosaka, O., Nakamura, K., Nakahara, H.
  • Journal Title: Journal of Neurophysiology. 95 Pages: 567-584
• [Journal Article] Isolation of gene sets affected specifically by polyglutamine expression : Implication of the TOR signaling pathway in eurodegeneraton (2005)
  • Author(s): Nelson, B., Nishimura, S., Kanuka, H., Kuranaga, E., Inoue, M., Hon, G., Nakahara, H., Miura, M.
  • Journal Title: Cell Death and Differentiation. 12(8) Pages: 1115-1123
• [Journal Article] Difficulty of singularity in population coding. (2005)
  • Author(s): Amari, S., Nakahara, H.
  • Journal Title: Neural Computation. 17(4) Pages: 839-858
• [Journal Article] Responding to modalities with different latencies. (2005)
  • Author(s): Bissmarck, F., Nakahara, H., Doya, K., Hikosaka, O.
  • Journal Title: Advances in Neural Information Processing. 17 Pages: 169-176
• [Journal Article] Correlation and independence in the neural code.
  • Author(s): Amari, S., Nakahara, H.
  • Journal Title: Neural Computation. (印刷中)
• [Book] 脳の計算機構(銅谷賢治, 五味裕章, 阪口豊, 川人光男 編) (2005)
  • Author(s): 中原裕之
  • Total Pages: 240
  • Publisher: 朝倉書店