マクロ神経回路活動とメゾ神経回路構造を同定するデータ解析技術の開発.

• Project Area: Mesoscopic neurocircuitry: towards understanding of the functional and structural basis of brain information processing
• Project/Area Number: 25115728
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Biological Sciences
• Research Institution: National Institute of Informatics
• Principal Investigator: 小林 亮太 国立情報学研究所, 情報学プリンシプル研究系, 助教 (70549237)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2015-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2014)
• Budget Amount: ¥4,940,000 (Direct Cost: ¥3,800,000、Indirect Cost: ¥1,140,000); Fiscal Year 2014: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000); Fiscal Year 2013: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000)
• Keywords: 計算論的神経科学 / データマイニング / 機械学習 / 統計科学 / シミュレーション

Outline of Annual Research Achievements

脳内の神経回路がどのような仕組みによって情報処理を実現しているかを知ることは脳科学における重要な目標の一つである．この目標を実現するため，本研究課題では実験データ (多細胞同時計測スパイクデータ，単一神経細胞膜電位データ，カルシウムイメージングデータなど) から情報処理中の神経回路の振る舞いを同定する手法を開発することを目的とする．
平成26年度は，1. 多細胞同時計測データから神経細胞間のシナプス結合を推定する技術，2. 膜電位データから神経細胞へのシナプス入力を推定する技術の研究を進めた．研究項目 1 (多細胞同時計測データの解析) については，シナプス結合が存在するかどうかを判定する統計的手法の開発に取り組んだ (Kurita, Yamanaka, Kobayashi et al., JNNS 2014)．研究項目2 (膜電位データの解析) に関しては，状態空間モデル (Kobayashi, Shinomoto and Lansky, Neural Computation 2011) を用いて，実験で用いる刺激が興奮性，抑制性シナプス入力へ与える影響を調べるためのデータ解析手法を構築した．モルモットの聴覚野から計測された膜電位データに開発手法を適用して，トーン刺激がシナプス入力へ与える影響を調べた (Kobayashi, He and Lansky, Frontiers in Computational Neuroscience 2015)．また，本学術領域の西丸広史 准教授 (筑波大学) とマウスの脊髄における歩行運動発現中におけるシナプス入力を調べる共同研究を開始させた (Nishimaru, Kobayashi, Itohara et al., SFN 2014)．

Research Progress Status

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Estimation of the synaptic input firing rates and characterization of the stimulation effects in an auditory neuron (2015)
  • Author(s): Kobayashi R, He J, Lansky P.
  • Journal Title: Frontiers in Computational Neuroscience Volume: 9 Pages: 59-59
  • DOI: 10.3389/fncom.2015.00059
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Population coding is essential for rapid information processing in the moth antennal lobe (2013)
  • Author(s): R Kobayashi, S. Namiki, R. Kanzaki, K. Kitano, I. Nishikawa, P. Lansky
  • Journal Title: Brain Research Volume: 1536 Pages: 88-96
  • DOI: 10.1016/j.brainres.2013.05.007
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Impact of network topology on inference of synaptic connectivity from multi-neuronal spike data simulated by a large-scale cortical network model (2013)
  • Author(s): Ryota Kobayashi, Katsunori Kitano
  • Journal Title: Journal of Computational Neuroscience Volume: 35 Issue: 1 Pages: 109-124
  • DOI: 10.1007/s10827-013-0443-y
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Estimation of excitatory and inhibitory input rate from a single voltage trace. (2015)
  • Author(s): Kobayashi R.
  • Organizer: CNS 2015 meeting: Workshop "Stochastic Neural Dynamics
  • Place of Presentation: Prague, Czech Republic
  • Year and Date: 2015-07-18 – 2015-07-23
  • Invited
• [Presentation] How slow K+ currents impact on spike generation mechanism? (2015)
  • Author(s): Kobayashi R, Kitano K.
  • Organizer: CNS 2015 meeting
  • Place of Presentation: Prague, Czech Republic
  • Year and Date: 2015-07-18 – 2015-07-23
• [Presentation] Dynamics on global brain networks at the neuronal resolution (2015)
  • Author(s): Shimono M, Kobayashi R.
  • Organizer: CNS 2015 meeting
  • Place of Presentation: Prague, Czech Republic
  • Year and Date: 2015-07-18 – 2015-07-23
• [Presentation] フェロモン源探索モデルのシミュレーションとその性能評価 (2015)
  • Author(s): 小林 亮太, Lansky P.
  • Organizer: 2015年度 人工知能学会全国大会
  • Place of Presentation: 公立はこだて未来大学
  • Year and Date: 2015-05-30
• [Presentation] 脳神経シミュレーションによる人工知能技術開発の試み (2015)
  • Author(s): 小林 亮太
  • Organizer: ワークショップ「第1回 人工知能による科学・技術の革新」
  • Place of Presentation: 大阪イノベーションハブ
  • Year and Date: 2015-04-03
  • Invited
• [Presentation] α-キメリンノックアウトマウスの歩行の際の脊髄運動ニューロンへのシナプス入力の測定と推定 (2015)
  • Author(s): Nishimaru H, Kobayashi R, Itohara S, Iwasato T
  • Organizer: 第92回日本生理学会大会
  • Place of Presentation: 神戸国際会議場, 展示場
  • Year and Date: 2015-03-21 – 2015-03-23
• [Presentation] 神経細胞の発火特性が ISI スケーリング則に与える影響について (2015)
  • Author(s): 小山慎介, 小林亮太
  • Organizer: 日本物理学会第70回年次大会
  • Place of Presentation: 早稲田大学
  • Year and Date: 2015-03-21
• [Presentation] 遅いカリウム電流が神経細胞の信号処理に与える影響 (2015)
  • Author(s): 小林 亮太, 北野 勝則
  • Organizer: 日本物理学会第70回年次大会
  • Place of Presentation: 早稲田大学
  • Year and Date: 2015-03-21
• [Presentation] Effect of slow K+ current on spike generation mechanism of a neuron (2015)
  • Author(s): Kobayashi R
  • Organizer: Workshop on Rhythms and Waves in Neural Systems -From Mathematics to Neuroscience-
  • Place of Presentation: 東京大学 先端科学技術研究センター
  • Year and Date: 2015-03-20
  • Invited
• [Presentation] Estimating excitatory and inhibitory synaptic input from a single voltage trace (2014)
  • Author(s): Kobayashi R, He J, Lansky P.
  • Organizer: Neuroscience 2014 (SFN 2014)
  • Place of Presentation: Washington DC, USA
  • Year and Date: 2014-11-15 – 2014-11-19
• [Presentation] Synaptic modulation of spinal motoneurons during locomotor-like rhythmic activity in the alpha-chimaerin knockout mouse in vitro. (2014)
  • Author(s): Nishimaru H, Kobayashi R, Itohara S, Iwasato T.
  • Organizer: Neuroscience 2014 (SFN 2014)
  • Place of Presentation: Washington DC, USA
  • Year and Date: 2014-11-15 – 2014-11-19
• [Presentation] A model reduction of Hodgkin-Huxley model with slow K+ currents. (2014)
  • Author(s): Kobayashi R, Kitano K.
  • Organizer: Neural Coding 2014
  • Place of Presentation: INRA, France
  • Year and Date: 2014-10-06 – 2014-10-10
  • Invited
• [Presentation] Effects of slow K+ current on the spike threshold of a neuron (2014)
  • Author(s): Kobayashi R, Kitano K.
  • Organizer: Neuroscience 2014 (第37回日本神経科学大会)
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜
  • Year and Date: 2014-09-11 – 2014-09-13
• [Presentation] Minimal time length of spike trains for the inference of connectivity (2014)
  • Author(s): Kurita S, Yamanaka Y, Kobayashi R, Kitano K, Shinomoto S.
  • Organizer: Annual Conference of the Japanese Neural Network Society (JNNS 2014)
  • Place of Presentation: Future University Hakodate, Japan
  • Year and Date: 2014-08-27 – 2014-08-29
• [Presentation] A comparison of methods for estimating synaptic connectivity based on the simulated spike data (2014)
  • Author(s): Okino M, Kobayashi R, Kitano K.
  • Organizer: Annual Conference of the Japanese Neural Network Society (JNNS 2014)
  • Place of Presentation: Future University Hakodate, Japan
  • Year and Date: 2014-08-27 – 2014-08-29
• [Presentation] Estimation of excitatory and inhibitory input rates from a single voltage trace (2014)
  • Author(s): Kobayashi R.
  • Organizer: Mathematical Modeling and Statistical Analysis in Neuroscience
  • Place of Presentation: the University of Copenhagen, Denmark.
  • Year and Date: 2014-07-02 – 2014-07-04
  • Invited
• [Presentation] 神経シナプス入力の推定: 神経細胞間の通信を傍受する (2014)
  • Author(s): 小林 亮太
  • Organizer: 2014年度第10回電子情報通信学会複雑コミュニケーションサイエンス時限研究会
  • Place of Presentation: 大阪大学
  • Year and Date: 2014-05-19 – 2014-05-20
• [Presentation] 多細胞スパイクデータからのシナプス結合推定 (2014)
  • Author(s): 沖野 将人, 小林 亮太, 北野 勝則
  • Organizer: 2014年度第10回電子情報通信学会複雑コミュニケーションサイエンス時限研究会
  • Place of Presentation: 大阪大学
  • Year and Date: 2014-05-19 – 2014-05-20
• [Presentation] 栗田修平, 小林亮太, 北野勝則, 篠本滋 (2014)
  • Author(s): 神経回路シミュレーションデータを用いた結合推定
  • Organizer: 日本物理学会第69回年次大会
  • Place of Presentation: 東海大学 湘南キャンパス
• [Presentation] 小林亮太, 北野勝則 (2014)
  • Author(s): 遅いカリウム電流は神経細胞のスパイク閾値へ影響を与える
  • Organizer: 日本物理学会第69回年次大会
  • Place of Presentation: 東海大学 湘南キャンパス
• [Presentation] Slow potassium currents underlie the spike threshold dynamics of multi-timescale adaptive threshold model (2013)
  • Author(s): Ryota Kobayashi, Katsunori Kitano
  • Organizer: Neuroscience 2013
  • Place of Presentation: San Diego, USA
• [Presentation] A simple model that can accurately predict spike timings generated by various kinds of neurons (2013)
  • Author(s): Ryota Kobayashi
  • Organizer: Neural Coding: Information Beyond Shannon
  • Place of Presentation: Prague, Czech Republic
  • Invited
• [Presentation] Inferring synaptic connections from multiple spike train data (2013)
  • Author(s): Ryota Kobayashi
  • Organizer: Talk at Forschungszentrum Julich
  • Place of Presentation: Forschungszentrum Julich
  • Invited
• [Presentation] Estimating synaptic connections from multiple spike trains based on a coupled escape rate model (2013)
  • Author(s): Ryota Kobayashi, Katsunori Kitano
  • Organizer: CNS 2013
  • Place of Presentation: Paris, France
• [Presentation] Conductance estimation of a conductance-based neuron model by the differential evolution algorithm (2013)
  • Author(s): Mao Suzuka, Kobayashi Ryota , Katsunori Kitano
  • Organizer: CNS 2013
  • Place of Presentation: Paris, France
• [Presentation] Inference of synaptic connections from multiple spike train data based on a coupled escape rate model (2013)
  • Author(s): Ryota Kobayashi, Katsunori Kitano
  • Organizer: Modeling Neural Activity: Statistics, Dynamical Systems, and Networks
  • Place of Presentation: Hawaii, USA
• [Presentation] Decoding odor identity from neural activity in the moth antennal lobe. (2013)
  • Author(s): Ryota Kobayashi, Shigehiro Namiki, Ryohei Kanzaki, Katsunori Kitano, Ikuko Nishikawa, Petr Lansky
  • Organizer: Neuro2013
  • Place of Presentation: 国立京都国際会館
• [Presentation] 小林亮太 (2013)
  • Author(s): 多様な神経細胞のスパイク時系列を予測できる神経細胞モデル
  • Organizer: 2013年度第1回電子情報通信学会複雑コミュニケーションサイエンス時限研究会
  • Place of Presentation: 立命館大学 びわこくさつキャンパス
• [Remarks] 国立情報学研究所 小林 亮太
  • URL: http://research.nii.ac.jp/~r-koba/index.html
• [Remarks] 国立情報学研究所: 小林 亮太
  • URL: http://www.nii.ac.jp/faculty/informatics/kobayashi_ryota/