記憶の形成と保持

1998 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 08279103
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas (A)
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 合原 一幸 東京大学, 大学院・工学系研究科, 教授 (40167218)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 藤井 宏 京都産業大学, 工学部, 教授 (90065839) ; 山鳥 重 東北大学, 医学系研究科, 教授 (10030892) ; 塚田 稔 玉川大学, 工学部, 教授 (80074392) ; 酒田 英夫 日本大学, 医学部, 教授 (10073066) ; 外山 敬介 京都府立医科大学, 医学部, 教授 (90090505)
• Keywords: 脳磁図(MEG) / テクスチャーの勾配 / 人名の想起 / fMRI / ユニタリー事象 / 神経スパイク時系列 / コインシデンスディテクタ / 時空間学習則

Research Abstract

本年度は,以下の実験的および理論的研究を行なった.
実験面では,外山は,空間フィルター法と独立要素解析(ICA)法を組み合わせて脳磁図信号解析に適用し,ノイズ除去および脳の主要な信号源を分離し,その局在を明示するデータ解析法を開発した.さらにこの手法をヒトの単眼運動立体視に適用し,視覚刺激に複数の運動があるとそれがV5で検出され,V5から送られるtop-down起動信号により単眼運動立体視の情報処理がV2/3で起動されることを示した.酒田は,サル頭頂葉後部の平面方位選択性ニューロンが,テクスチャーの勾配に反応し,長軸方位選択性ニューロンが両眼方位視差(傾きのずれ)に反応することを証明した.塚田は,時間パターンとバーストを組み込んだ刺激により誘起されるLTPを調べ,2つのダイナミクスを考慮した学習則を構築した.そしてモデルシミュレーションによりその妥当性を示した.山鳥は,難治性側頭葉てんかんのため側頭葉先端切除術を受けた例の術前術後で固有名詞の想起能力を調べたところ,言語優位側側頭葉先端切除例で人名に限った想起能力の低下を確認した.このことより優位半球側頭葉前方が人名想起過程にかかわる神経ネットワークの一部を形成している可能性を示唆した.飯島は,高磁場(3テスラ)のMRI装置を用いて,図形のエンコーディング課題におけるヒト海馬の賦活状態を調べた.その結果,細長い構造に機能的な分業があることが示唆された.
理論面では,藤井は,あるレベルの生理学的基礎をもったスパイク・ニューロンの大規模な神経ネットワークを構成し,予備的シミュレーションを遂行した.その結果,集団的なコインシデンスディテクションによる動的なセルアセンブリーの形成の様相,ongoing activityの役割,選択的注意の動力学的な意味等について,極めて示唆的な結果を得た.篠本は,皮質神経細胞から観測されるスパイク時系列の統計性が代表的な神経スパイク発生モデルと矛盾することを明らかにし,さらにその矛盾を解決する指針を示した.合原は,コインシデンスディテクタ系の非線形ダイナミクスとその機能に関して背景ノイズの有効性と確率共振的現象の存在を示すとともに,抑制入力に起因したニューロン間の同期発火現象を明らかにした.また,ニューロン集団の空間平均発火率と各ニューロンの時間平均発火率がほぼ等しいPSTH特性を有する非線形現象を明らかにした.

Research Products

• [Publications] D.Watanabe,K.Toyama,et al.: "Ablation of cerebellar Golgi cells disrupts synaptic integration involving GABA inhi-bition and NMDA receptor activation in motor coordiantion" Cell. 95. 17-27 (1998)
• [Publications] E.Akase,H.Inokawa,and K.Toyama: "Neuronal responsiveness to three-dimensional motion in cat postero-medial lateral suprasylvian cortex. Exp." Brain Res.122. 214-226 (1998)
• [Publications] K.Toyama,et al.: "A new method for magnetoencephalography(MEG):Three dimensional magnetometer-spatial filter system" Neuroscience. (in press).
• [Publications] S.Higashi,K.Toyama,et al.: "Altered spatial patterns of functional thalamocortical connections in barrel cortex after neonatal infraorbital nerve cut revealed by optical recording" Neuroscience. (in press).
• [Publications] H.Sakata,et al.: "Neural coding of 3D features of objects for hand action in the parietal cortex of the monkey" Phil.Trans.R.Soc.Lond.B. 353. 1363-1373 (1998)
• [Publications] J.Okuda,A.Yamadori,et al.: "Participation of the prefrontal cortices in prospective memory : evidence from a PET study in humans" Neuroscience Letters. 253. 127-130 (1998)
• [Publications] K.Suzuki,A.Yamadori,et al.: "Pure topographical disorientation related to dysfunction of the viewpoint dependent visual system" Cortex. 34. 589-599 (1998)
• [Publications] K.Suzuki,A.Yamadori,et al.: "Dissociation of letter and picture naming resulting from callosal disconnection" Neurology. 51. 1390-1394 (1998)
• [Publications] 月浦崇,山鳥重 他: "健忘患者における手続き記憶-運動技能と知覚・認知技能との解離" 神経心理学. 14. 216-224 (1998)
• [Publications] T.Takahashi,T.Iijima,et al.: "Spatio-temporal activation pattern of fMRI signal after alternate hand movements revealed by averaged single trail method" Neuroimage. 7. 937- (1998)
• [Publications] T.Iijima,et al.: "Real-time optical imaging provides “dynamic map of brain activity",The fifthe in-ternational conference on neural information processing" ICONIP'98. 1. 216-224 (1998)
• [Publications] S.Shinomoto and Y.Sakai: "Spiking mechanisms of cortical neurons" Philosophical Magazine. B77. 1549-1555 (1998)
• [Publications] S.Shinomoto,et al.: "The Ornstein-Uhlenbeck process does not reproduce spiking statistics of neurons in prefrontal cortex" Neural Computation. (to be published). (1999)
• [Publications] Y.Sakumura and K.Aihara: "A Neuronal Time Window for Coincidence Detection" IEICE Trans.Fundamentals. E81-A(9). 1818-1823 (1998)
• [Publications] Y.Sakumura and K.Aihara: "Stochastic Resonance by Modulation Detecting Neuron" ICONIP'98. 2. 951-954 (1998)
• [Publications] W.K.Luk and K.Aihara: "Synchronization of Neurons Caused by Inhibitory Input" 1998 International Symposium on Nonlinear Theory and its Appli-cations. 2. 715-718 (1998)
• [Publications] M.Watanabe,K.Aihara and S.Kondo: "A Dynamical Neural Network with Temproal Coding and Functional Connectivity" Biol.Cybern.78. 87-93 (1998)
• [Publications] Y.Kobayashi,M.Tsukada,et al.: "Spatial Distribution of LTP and LTD Simultaneously Induced by Temporal-pattern Stimuli in Hippocampal CA1 area" ICONIP'98. 3. 1529-1532 (1998)
• [Publications] H.Matsuda,M.Tsukada,et al.: "The Effect of Chaotic Stimulation to Induce Long-term Potentiation in the Hip-pocampal CA1 Area" ICONIP'98. 2. 613-616 (1998)
• [Publications] T.Aihara,and M.Tsukada: "Temporal-Pattern Dependent Spatial-distribution of LTP and LTD in Hippocampal CA1 Area" ICONIP'98. 2. 625-628 (1998)
• [Publications] 山本 純,塚田 稔 他: "音と海馬の複合刺激によってモルモット聴覚野に誘起されるダイナミックな相互作用" 日本神経回路学会誌. (印刷中).
• [Publications] J.Yamamoto,M.Tsukada,et al.: "The Dynamical Effect of Hippocampal Excitation to Auditory Evoked Responses in Guinea Pig Reveled by Optical Imaging Method" Proc.of Society for Neuroscience 28th Annual Meeting SFN'98. 24. 1422-1422 (1998)
• [Publications] T.Aihara,M.Tsukada,et al.: "Optical Imaging of LTP and LTD Induced Simultaneously by Temporal Stimulus in Hippocampal CA1 Area" Proceedings of Society for Neuroscience 28th Annual Meeting SFN'98. 24. 1070-1070 (1998)
• [Publications] J.Yamamoto,M.Tsukada,et al.: "The Effect of Hippocampal Activity to Auditory Evoked Responses in Guinea Pig Revealed by Optical Imaging" ICONIP'98. 3. 1547-1550 (1998)
• [Publications] T.Aihara,M.Tsukada,and H.Matsuda: "Two dynamic processes for the induction of LTP in Hippocampal CA1 neurons" Biological Cybernetics. to be published. (1999)
• [Publications] 山本純、塚田稔 他: "Analog FPAAと組込用MCUを用いた完全無拘束動物実験のための多点ニューロン同時計測システムの開発-Neuroscope1-" 日本神経回路学会論文誌. 印刷中. (1999)
• [Publications] 松田広則、塚田稔、合原一幸他: "海馬CA1野のカオス時系列刺激依存性長期増強(LTP)" 日本神経回路学会論文誌. 印刷中. (1999)
• [Publications] K.Toyama,et al.: "Human Higher Function,I.New Methodologies" Smith-Gordon Publisher, in press
• [Publications] 飯島敏夫 他: "脳の科学(別冊)「膜電位感受性色素による脳活動リアルタイムイメージング,脳機能のイメージング-基礎から臨床まで」" 星和書店, (1998)
• [Publications] Y.Kabashima and S.Shi-nomoto: "Cambridge University Press" On-line Learning and Neural Networks, 398 (1998)