2002 Fiscal Year Annual Research Report

学習と記憶のダイナミックモデルとその実験的検証

Research Project

Project/Area Number	12210017
Research Institution	Tamagawa University
Principal Investigator	塚田稔玉川大学, 脳科学研究施設・工学部, 教授 (80074392)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	坂上雅道玉川大学, 学術研究所, 助教授 (10225782) 深井朋樹玉川大学, 工学部, 教授 (40218871) 斎藤秀昭玉川大学, 工学部, 教授 (30215553) 永野俊法政大学, 工学部, 教授 (30198345) 石塚典生東京都神経科学研究所, 副参事 (90126201)
Keywords	記憶方式 / 自己組織化 / 脳・神経 / 情報表現 / モデル化
Research Abstract	学習と記憶、推論と思考および行動決定のそれぞれのダイナミックな情報表現を計算論的手法、神経回路モデル、電気生理学実験、行動実験によって明らかにした。具体的には次の成果を得た。 (1)ネズミに古典的条件付けや文脈依存の報酬課題を学習させ、オプチカルレコーデングとマルチユニットレコーデングによって海馬-皮質記憶系のダイナミックな情報表現を明らかにした。 (2)モルモットの海馬神経回路網で理論学習仮説(時空間学習則)を裏付ける"入力信号の同期生に依存した長期増強(LTP)"の実験結果を得た。 (3)オプチカルレコーデングとマルチユニットレコーデングのデータに独立成分解析を応用して、単一ニューロン活動の特徴を分類した。 (4)上記(1)〜(2)の実験結果に基づいて海馬-皮質記憶系のモデルシミュレーションを実施し、文脈に基づく記憶の書き込み・読み出しの高速化モデルを実現した。 (5)サルの視覚連合野において、visual flow(等速並進運動、回転運動、接近/離反、奥行きのある3次元運動)の情報表現の理論仮説を裏付ける研究成果を得た。 (6)前頭葉の神経活動に基づいて時間記憶の新規なモデルを提案した。 (7)2つの弁別課題を組合せ連続的・予測的に選択を行う課題をサルに学習させ、行動学習をさせることにより、推論機能の基礎となる予測的反応をサルが行っていることを明らかにした。またそのときの前頭前野ニューロンの活動を記録し、前頭前野が行動の実行のための認知情報処理だけでなく、刺激-報酬関係の予測的モニターも行っていることを示した。

Research Products

(15 results)

All Other

All Publications (15 results)

[Publications] Takahashi S., Sakurai Y., Tsukada M., Anzai Y.: "Classification of neuronal activities from tetrode recordings using independent component analysis"Neurocomputing. 49. 289-298 (2002)
[Publications] 塚田稔: "海馬神経回路の長期増強(LTP)と長期抑制(LTD)"日本神経回路学会誌. 9. 103-111 (2002)
[Publications] Kobayashi Y., Shimazaki H., Aihara T., Tsukada M.: "Spatial distributions of hippocampal LTP/LTD Induced electrically from schaffer collaterals and stratum oriens with relative timing"The brain and neural networks. 8. 57-64 (2001)
[Publications] Ohno H., Hashimoto N., Hida E., Saito, H.: "Representation of the information for the perception of visual flow and its aftereffect by the activity-profile of a population of MST cells"The Brain & Neural Networks. 9(1). 4-15 (2002)
[Publications] Ohno H., Hashimoto N., Hida E., Saito, H.: "Responses of macaque MST cells to three dimensional visual flow"The Brain & Neural Networks. 9(4). 215-223 (2002)
[Publications] Kitano K., Cateau H., Kaneda K., Nambu A., Takada M.: "Two-state membrane potential transitions of striatal spiny neurons as evidenced by numerical simulations and electrophysiological recordings in awake monkeys"The Journal of Neuroscience. (Rapid)22: RC230. 1-6 (2002)
[Publications] Aoyagi T., Kang Y., Terada N., Kaneko T., Fukai T.: "The role of Ca(2+)-dependent cationic current in generating gamma frequency rhythmic bursts: modeling study"Neuroscience. 115(4). 1127-1138 (2002)
[Publications] Cateau, H., Fukai T.: "A stochastic method to predict the consequence of arbitrary forms of spike-timing-dependent plasticity"Neural Comput. 15(3). 597-620 (2003)
[Publications] Kobayashi S., Lauwereyns J., Koizumi M., Sakagami M., Hikosaka O.: "Influence of reward expectation on visuospatial processing in macaque lateral prefrontal cortex"J Neurophysiol. 87. (2002)
[Publications] Watanabe M., Hikosaka K., Sakagami M., Shirakawa: "Coding and monitoring of motivational context in the primate prefrontal cortex"J Neurosci. 22. (2002)
[Publications] Lauwereyns J., Takikawa Y., Kawagoe R., Kobayashi S., Koizumi M., Coe B., Sakgami M.: "Feature-based anticipation of cues that predict reward in monkey caudate nucleus"Neuron. 33. (2002)
[Publications] Tokuno, H., Hatanaka, N., Chiken, S., Ishizuka, N.: "An improved method with a long-shanked glass micropipette and ultrasonography for drug injection into deep brain structure of the monkey"Brain Res Protoc.. 10. 16-22 (2002)
[Publications] Matsuda S., Kobayashi Y., Ishizuka N.: "A quantitative analysis of the laminar distribution of synaptic boutons in field CA3 of the rat hippocampus"Neuroscience. (in press).
[Publications] Nagano T., Hirahara M., Urushihara W.: "A general model for visual motion detection"Proceeding of 9 th International Conference on Neural Information Processing. (CD-ROM). (2002)
[Publications] 平原誠, 永野俊, 鈴木麻衣子: "概念形成による典型性効果の発現"日本神経回路学会第12回全国大会論文集. (CD-ROM). (2002)

2002 Fiscal Year Annual Research Report

学習と記憶のダイナミックモデルとその実験的検証

Principal Investigator

塚田 稔 玉川大学, 脳科学研究施設・工学部, 教授 (80074392)

Research Products

[Publications] Takahashi S., Sakurai Y., Tsukada M., Anzai Y.: "Classification of neuronal activities from tetrode recordings using independent component analysis"Neurocomputing. 49. 289-298 (2002)

[Publications] 塚田稔: "海馬神経回路の長期増強(LTP)と長期抑制(LTD)"日本神経回路学会誌. 9. 103-111 (2002)

[Publications] Kobayashi Y., Shimazaki H., Aihara T., Tsukada M.: "Spatial distributions of hippocampal LTP/LTD Induced electrically from schaffer collaterals and stratum oriens with relative timing"The brain and neural networks. 8. 57-64 (2001)

[Publications] Ohno H., Hashimoto N., Hida E., Saito, H.: "Representation of the information for the perception of visual flow and its aftereffect by the activity-profile of a population of MST cells"The Brain & Neural Networks. 9(1). 4-15 (2002)

[Publications] Ohno H., Hashimoto N., Hida E., Saito, H.: "Responses of macaque MST cells to three dimensional visual flow"The Brain & Neural Networks. 9(4). 215-223 (2002)

[Publications] Kitano K., Cateau H., Kaneda K., Nambu A., Takada M.: "Two-state membrane potential transitions of striatal spiny neurons as evidenced by numerical simulations and electrophysiological recordings in awake monkeys"The Journal of Neuroscience. (Rapid)22: RC230. 1-6 (2002)

[Publications] Aoyagi T., Kang Y., Terada N., Kaneko T., Fukai T.: "The role of Ca(2+)-dependent cationic current in generating gamma frequency rhythmic bursts: modeling study"Neuroscience. 115(4). 1127-1138 (2002)

[Publications] Cateau, H., Fukai T.: "A stochastic method to predict the consequence of arbitrary forms of spike-timing-dependent plasticity"Neural Comput. 15(3). 597-620 (2003)

[Publications] Kobayashi S., Lauwereyns J., Koizumi M., Sakagami M., Hikosaka O.: "Influence of reward expectation on visuospatial processing in macaque lateral prefrontal cortex"J Neurophysiol. 87. (2002)

[Publications] Watanabe M., Hikosaka K., Sakagami M., Shirakawa: "Coding and monitoring of motivational context in the primate prefrontal cortex"J Neurosci. 22. (2002)

[Publications] Lauwereyns J., Takikawa Y., Kawagoe R., Kobayashi S., Koizumi M., Coe B., Sakgami M.: "Feature-based anticipation of cues that predict reward in monkey caudate nucleus"Neuron. 33. (2002)

[Publications] Tokuno, H., Hatanaka, N., Chiken, S., Ishizuka, N.: "An improved method with a long-shanked glass micropipette and ultrasonography for drug injection into deep brain structure of the monkey"Brain Res Protoc.. 10. 16-22 (2002)

[Publications] Matsuda S., Kobayashi Y., Ishizuka N.: "A quantitative analysis of the laminar distribution of synaptic boutons in field CA3 of the rat hippocampus"Neuroscience. (in press).

[Publications] Nagano T., Hirahara M., Urushihara W.: "A general model for visual motion detection"Proceeding of 9 th International Conference on Neural Information Processing. (CD-ROM). (2002)

[Publications] 平原誠, 永野俊, 鈴木麻衣子: "概念形成による典型性効果の発現"日本神経回路学会第12回全国大会論文集. (CD-ROM). (2002)

塚田稔玉川大学, 脳科学研究施設・工学部, 教授 (80074392)