情報流のパス展開理論と神経ネットワーク活動計測に基づく生物の行動決定機構の解明
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22K03453
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 13010:Mathematical physics and fundamental theory of condensed matter physics-related
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
森 史 九州大学, 芸術工学研究院, 助教 (90525891)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
岡田 崇 京都大学, 医生物学研究所, 准教授 (10741043)
杉 拓磨 広島大学, 統合生命科学研究科(理), 准教授 (70571305)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2024: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
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| Keywords | 複雑ネットワーク / 情報流 / 神経回路 / 摂動論 / 全脳イメージング |
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| Outline of Research at the Start |
生物系において、外部刺激に応じた行動決定を担っているのは神経ネットワークの活動である。線虫では、ある刺激に対する行動選択を担っている局所的なネットワーク構造が発見されているが、さまざまな刺激に対して常に局所的な情報処理で答えを出しているのか、あるいは、時に大域的な構造も利用しているのかは、定かではない。本研究では「ネットワーク上の情報流のパス展開理論」を線虫の神経回路に適用し、シグナルの伝達に重要な経路群を特定する。さらに、実験的にその経路群を観測することで、高分解能の情報流測定を実現する。こうして、理論と実験により、局所的及び大域的な情報流の全貌を明らかにし、行動決定のメカニズムを解明する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
生物系の神経ネットワークでどのような情報処理が実行され、どのように行動決定がなされているのかは、未解明である。例えば、神経回路のトポロジーが分かっている線虫では、ある刺激に対する行動選択を担っている局所的なネットワーク構造が発見されているが、さまざまな刺激に対して常に局所的な情報処理で答えを出しているのか、あるいは、時に大域的なネットワーク構造も利用しているのかは、定かではない。本研究では、ネットワーク上の情報流を記述する理論を線虫の神経回路に適用し、刺激シグナルの伝達に重要な経路群を特定することを目指している。今年度は、行動中の線虫の全脳イメージングに向けた顕微鏡のカスタマイズが大きく進展した。さらに、線虫以外の実験系についても、観測が可能になった。そこで、観測データから情報の流れを適切に抽出し定量化するための情報量について考えた。具体的には、時間分解能に制限のある観測データから情報の流れを適切に読み取るために、移動エントロピーをどのような形で用いるべきかについて調べた。また、先行研究で行われている移動エントロピーの定義の改良が、我々の実験系にどの程度意味のある改良になるかを調べた。さらに、我々の観測システム系では、細胞の位置という空間情報も使えるので、空間情報を取り入れた解析の有効性を議論した。既に理論的に明らかにしている情報流のパス展開理論に関する成果を、日本物理学会年次大会や日本物理学会九州支部例会で発表した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
今年度は、行動中の線虫の全脳イメージングに向けた顕微鏡のカスタマイズが大きく進展した。また、実験データから抽出される情報の流れを理論的にどのような形で定量化するべきかについても、理解が進んだ。よって、おおむね順調に進展していると言える。
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| Strategy for Future Research Activity |
実験から得られるデータが揃いつつあるので、理論側と実験側のコミュニケーションをこれまで以上に密にし、理論の生物系への適用を実現させる。
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Report
(2 results)
Research Products
(20 results)
