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神経細胞の位相応答曲線のベイズ推定とIN-VITROネットワークの構築

Research Project

Project/Area Number 18700299
Research Category

Grant-in-Aid for Young Scientists (B)

Allocation TypeSingle-year Grants
Research Field Bioinformatics/Life informatics
Research InstitutionTokyo Institute of Technology

Principal Investigator

青西 亨  Tokyo Institute of Technology, 大学総合理工学研究科, 講師 (00333352)

Project Period (FY) 2006 – 2007
Project Status Completed (Fiscal Year 2007)
Budget Amount *help
¥2,900,000 (Direct Cost: ¥2,900,000)
Fiscal Year 2007: ¥1,400,000 (Direct Cost: ¥1,400,000)
Fiscal Year 2006: ¥1,500,000 (Direct Cost: ¥1,500,000)
Keywords位相応答曲線 / 摂動応答実験 / ベイズ統計 / 自由エネルギー / 事後確率最大化 / 確率過程 / 電気生理実験 / 神経細胞 / 振動子
Research Abstract

平成18年度は、ベイズ統計の枠組みで位相応答曲線を推定するアルゴリズムを構築し、その有効性を数値実験で検証した。平成19年度は、観測過程をより厳密に取り扱った改良版アルゴリズムを構築した。そして、改良版アルゴリズムが位相応答曲線と細胞に内在する白色雑音強度を推定できることを、計算機による数値実験で確認した。次に、本アルゴリズムで推定可能となった位相応答曲線と雑音強度に基づいて、神経回路網の確率的挙動をフォッカープランク方程式で記述する方法を開発した。計算機による数値実験により、高い精度でフォッカープランク方程式が回路網の確率的挙動を追跡できることを確かめた。
電気生理実験を専門とする下記の研究協力者と共同で、海馬CA1錐体細胞の位相応答曲線の測定を行った。測定した生理実験データに対して本アルゴリズムを適用し、細胞に内在する雑音と位相応答曲線の推定を行なった。次に、位相応答曲線の測定を行づた細胞に、その他の細胞からのシナプス入力を模擬した周期外力を入れて、細胞のスパイクタイミングを測定した。そして、スパイクタイミングと周期外力間の位相差の頻度分布を求めた。そして、この頻度分布とフォッカープランク方程式で理論的に予測した確率密度関数と比較して、両者が一致することを確かめた。これらの成果により、位相応答曲線を用いてIN-VITROネットワークを構築することが技術的に可能になった。
[研究協力者]
東京薬科大学・生命科学部・教授 宮川博義 電気生理実験
東京薬科大学・生命科学部・研究員 渡部重雄 電気生理実験

Report

(2 results)
  • 2007 Annual Research Report
  • 2006 Annual Research Report
  • Research Products

    (25 results)

All 2008 2007 2006 Other

All Journal Article (8 results) Presentation (16 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] 位相応答曲線の測定と周期外力下でのスパイク間隔分布の予測2008

    • Author(s)
      太田桂輔, 青西 亨, 渡部重夫, 宮川博義, 大森敏明, 岡田真人
    • Journal Title

      電子情報通信学会技術報告 NC2007-142

      Pages: 181-186

    • NAID

      110006783221

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      電子情報通信学会技術報告 NC2007-139

      Pages: 163-168

    • NAID

      110006783218

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      電子情報通信学会技術報告 NC2007-157

      Pages: 267-272

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      110006783236

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      大森敏明, 青西 亨, 岡田真人
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      電子情報通信学会技術報告 NC2007-140

      Pages: 169-174

    • NAID

      110006783219

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      Pages: 261-266

    • NAID

      110006783235

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      Brain Research 1125

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      2008-03-26
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      青西 亨
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      電子情報通信学会ニューロコンピューティング研究会
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      玉川大学
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      2008-03-13
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  • [Presentation] 位相応答曲線の測定と周期外力下でのスパイク間隔分布の予測2008

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      太田桂輔, 青西 亨, 渡部重夫, 宮川博義, 大森敏明, 岡田真人
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      電子情報通信学会ニューロコンピューティング研究会
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      玉川大学
    • Year and Date
      2008-03-12
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  • [Presentation] 細胞外電場負荷時のシリンダーケーブルの振る舞いの数理解析2008

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      毛内 拡, 青西 亨, 井上雄司, 宮川博義
    • Organizer
      電子情報通信学会ニューロコンピューティング研究会
    • Place of Presentation
      玉川大学
    • Year and Date
      2008-03-12
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  • [Presentation] ダイナミック・クランプを実現するリアルタイム計測・制御システムの構築2008

    • Author(s)
      角田敏正, 太田桂輔, 渡部重夫, 宮川博義, 青西 亨
    • Organizer
      電子情報通信学会ニューロコンピューティング研究会
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      玉川大学
    • Year and Date
      2008-03-12
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  • [Presentation] 分布定数型カルマンフィルタを用いた樹状突起膜電位の時空間分布の推定2008

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      大森敏明, 青西 亨, 岡田真人
    • Organizer
      電子情報通信学会ニューロコンピューティング研究会
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      玉川大学
    • Year and Date
      2008-03-12
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  • [Presentation] Bayesian Restoration of Phase Response Curves and Prediction of Stochastic Behavior of Hippocampal CA1 Pyramidal Neurons2008

    • Author(s)
      Ota K., Aonishi T., Watanabe S., Miyakawa H., Omori T., Okada M
    • Organizer
      Computational and Systems Neuroscience (cosyne 2008)
    • Place of Presentation
      Salt lake city
    • Year and Date
      2008-02-28
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  • [Presentation] ダイナミッククランプ実証システムの構築-摂動応答実験とリアルタイムシミュレーションによるハイブリッド回路の実現-2007

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      青西 亨
    • Organizer
      理論と実験の融合による神経回路機能の統合的理解(生理学研究所研究会)
    • Place of Presentation
      岡崎生理学研究所
    • Year and Date
      2007-11-30
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    • Author(s)
      Ota K., Aonishi T., Watanabe S., Miyakawa H., OmoriT., Okada M.
    • Organizer
      Society for Neuroscience (SfN 2007)
    • Place of Presentation
      San Diego
    • Year and Date
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    • Author(s)
      Omori T., Aonishi T., Okada M.
    • Organizer
      Society for Neuroscience (SfN 2007)
    • Place of Presentation
      San Diego
    • Year and Date
      2007-11-04
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    • Author(s)
      Keisuke Ota, Tbru Aonishi, Shigeo Watanabe, Hiroyoshi Miyakawa, Toshiaki Omori, Masato Okada
    • Organizer
      第30回日本神経科学大会
    • Place of Presentation
      パシフィコ横浜
    • Year and Date
      2007-09-11
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  • [Presentation] 膜特性の不均一性は海馬CA1錐体細胞の樹状突起における信号伝播を向上させる2007

    • Author(s)
      大森敏明, 青西亨, 岡田真人
    • Organizer
      第30回日本神経科学大会
    • Place of Presentation
      パシフィコ横浜
    • Year and Date
      2007-09-10
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      2007 Annual Research Report
  • [Remarks]

    • URL

      http://t2r2.star.titech.ac.jp/cgi-bin/researcherinfo.cgi?q_researcher_content_number=CTT100381316

    • Related Report
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URL: 

Published: 2006-04-01   Modified: 2016-04-21  

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