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

1996 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 07459003
• Research Category: Grant-in-Aid for 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 / 外側膝状体 / レム睡眠 / ニューロン活動 / 徐波睡眠

Research Abstract

自律分散的に働き、複雑系の代表と考えられる"脳"の全体調節メカニズムを、生体・生理工学的手法により解明することを目的とする。このために今年度行った研究成果を以下に要約する。
(1)視覚系の中継核で調節系からの制御を集中的に受けている外側膝状体ニューロン活動を記録し、そのノンレムからレム睡眠への変化に伴うダイナミクスの遷移現象を調べた。このニューロンはバーストを基本とする発火パターンを有している点で特徴的であったが、活動時系列のスペクトル密度が平坦から1/fへと遷移する現象は確認された。外側膝状体傍核群におけるニューロンは長時間持続するバースト発火が徐波睡眠時に見られ、レム睡眠時にはこの傾向が消失するため、平均発火レベルは徐波睡眠時に高く、レム睡眠時に低い、これまでに我々が観測してきたニューロン群とは異なったものであったがダイナミクスの遷移現象は同様に見られた。これらの結果は「白色から1/fへのダイナミクスの遷移現象は伝導路系一般に見出されるものである」とする我々の仮説を支持するものであった。今後は、マイクロダイアリシス法などにより、調節系の神経伝達物質であるセロトニンやアセチルコリンを定量し、ニューロン活動ダイナミクスとの対応関係を明らかにしていく。
(2)ニューロン活動に上述のダイナミクスの遷移現象が現れるための条件を、神経回路網モデルのニューロンどおしの結合形態を、対称、非対称、疎結合と変化させて調べた。その結果、ニューロン活動が白色スペクトルを呈する徐波睡眠時には回路網からの入力よりは外的な入力の方が、1/fゆらぎを呈するレム睡眠時には逆に回路網からの入力がそれぞれ優位になることが重要であることが明らかになった(Neural Networks誌に投稿中)。これは、ダイナミクスの遷移現象に関する従来の解釈をより一般化したものとなっている。

Research Products

• [Publications] M. Yamamoto: "Effect of Spatial Facilitation on Neural Network Excitability." Cybermetics and Systems. 27. 367-383 (1996)
• [Publications] 山本光璋: "生体1/fゆらぎ現象とそのメカニズム-モデル論的解釈を中心に-" 電子情報通信学会誌. 79. 62-64 (1996)
• [Publications] 山本光璋: "睡眠時ネコ外側膝状体単一ニューロン活動の計測と解析" 電子情報通信学会 技術研究報告. MBE96-91 (1996)
• [Publications] 山本光璋: "微小電極一体型マイクロダイアリンスプローブとその応用" 行動薬理研究会論文集. 2. 153-154 (1996)