複雑系としての脳の全体制御機構に関する生体・生理工学的研究

1995 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 07459003
• Research Category: Grant-in-Aid for General Scientific Research (B)
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 山本 光璋 東北大学, 大学院・情報科学研究科, 教授 (40004618)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 中尾 光之 東北大学, 大学院・情報科学研究科, 助教授 (20172265) ; 赤池 紀生 九州大学, 医学部, 教授 (30040182)
• Keywords: 1 / fゆらぎ / 複雑系 / ニューラルネットワーク / レム睡眠 / ニューロン活動

Research Abstract

複雑な自律分散システムとしての"脳"は意識を有している。その意識を支えているものは、ニューロンの自律的な活動である。本研究の目的は、この活動のダイナミックな特徴の中に、睡眠/覚醒という"意識の状態"が反映している事実を確認することが第一の目的である。すなわち、ネコを用いた神経生理学的実験により、レム-ノンレム睡眠間の実行系ニューロン活動に1/f-白色スペクトル密度の遷移現象が、遍く見られることを実証することである。さらにこのメカニズムに、脳内調節系の代表であるセロトニンニューロンの活動が、如何に関与しているかを神経薬理学的な立場から明らかにすると共に、ニューラルネットワークを用いたシミュレーション研究により、一般の複雑系において1/fゆらぎ現象が遍く見られる事の解釈を行う。
本年度の研究成果としては、金属微小電極を取付けたマイクロダイアリシスプローブを用い、脳の局在にセロトニンを微量拡散させ、その際の局在におけるニューロン活動のダイナミクスを1時間以上にわたり同時計測することに成功した。微小電極を歩留まり良く作成し、マイクロダイアリシスプローブに取付けた状態で、長時間にわたりニューロン活動を記録し続ける技術は、当該研究者らの長年の研究実績をベースに始めて完成したものである。現在のところ、多数例の計算を成功させるに至っていないため、神経生理学的に議論できる程度のデータは出ていない。一方、レム-ノンレム睡眠時における1/f-白色スペクトル遷移現象に関しては、これまでに報告していた、中脳網様体、視床、海馬、大脳皮質体性感覚野に加えて、大脳皮質18野と6野のニューロンでも同様の遷移現象を示すことを新たに確かめた。

Research Products

• [Publications] 山本光璋: "睡眠時ニューロン活動の時系列特性" 神経研究の進歩. 30. 29-40 (1995)
• [Publications] M.Yamamoto: "Dynamics transition of cortical neuronal activity between REM sleep and slow wave sleep." Abstracts of 4th IBRO Congress of Neuroscience(Kyoto). 404 (1995)
• [Publications] 山本光璋: "微小電極一体型マイクロダイアリシスプローブ-ニューロン活動に対する薬物局所投与効果検討への応用-" 第10回生体・生理工学シンポジウム論文集. 233-236 (1995)
• [Publications] M.Yamamoto: "Phenomenology and mechanism of 1/f fluctuations in neuronal activities of cat's central nervous system." “Noise in Phsical Systems and 1/f Fluctuations"Bareikis and katilius eds.,world Scientific. 629-634 (1995)