2015 Fiscal Year Research-status Report
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15KT0013
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| Research Institution | Japan Advanced Institute of Science and Technology |
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Principal Investigator |
日高 昇平 北陸先端科学技術大学院大学, 知識科学研究科, 助教 (50582912)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
ディブレクト マシュー 国立研究開発法人情報通信研究機構, 脳情報通信総合研究センター脳情報通信融合研究室, 研究員 (20623599)
高田 美絵子 (森島美絵子) 生理学研究所, 大脳神経回路論研究部門, 助教 (30435531)
平 理一郎 基礎生物学研究所, 光脳回路研究部門, 助教 (80712299)
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| Project Period (FY) |
2015-07-10 – 2018-03-31
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| Keywords | カルシウムイメージング / コネクトミクス / 計算神経科学 / データサイエンス / 情報理論 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
大脳皮質は、知覚、運動、情動といった脳の高次機能を司る重要な役割を担っている。先行研究から、個々の神経細胞タイプを決定する形態や、発現分子、電気的性質等のミクロ的な知見や、あるいは特定課題に賦活する脳領野などのマクロ的な知見が得られている。しかし、個々の神経細胞の関係を、ネットワークとみなした中間(メゾ)レベルに関しては、多くが未解明である。
メゾレベルの神経機能の理解するには、多数の神経細胞の解剖学的・情報論的ネットワークを同定する必要がある。本研究では、こうした背景を踏まえ、カルシウム(Ca)イメージング法で得られた神経活動データから、解剖学的な神経結合(コネクトーム)を推定する数理手法の構築を目指した。
平成２７年度の目標として、生体実験(in vivo), 生体外実験(in vitro),計算論モデル(in silico)の各班の基本的な役割・連携を確立し、in silico班からのフィードバックを中心に検証実験およびCaイメージング実験系の改良を設定した。具体的に、in vivo班は100程度の神経細胞活動の同時記録データを取得することに成功し、現在はin vitro班との連携により、一部の試料に関して電気生理的な結合の同定を試みている。In silico班は、得られたCaイメージングデータを基に、データに潜在する高次情報を分割する新たな数理的手法の開発に着手している。開発中のこの手法の適用により、マウスの運動野における報酬関連の神経細胞群を同定できることが示唆されている。こうした一連の成果は、現在神経科学論文誌へ投稿する論文にまとめている。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
計画段階の目標には、「研究実績」の項目ですでに述べた実績に加えて、カルシウムイメージングデータから神経発火をより正確に同定する前処理の手法の開発も含まれていた。しかし、この前処理の手法開発は、既存の手法の応用にとどめ、より実質的なメゾスケール情報ネットワークの分析に注力するべく目標を修正した。この目標の修正は、結果的に、この前処理の高精度化を行わずとも、情報ネットワークの解析が進展可能であることが判明したからであり、むしろ当初の目的達成により近づいたと言える。当初平成２８年度後期以降に解析結果の学術誌への投稿を予定していたことを考慮して、現在の進捗は「おおむね順調」であると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
計画段階では、in vitro班とin vivo班の連携により、生体中の神経活動と電気生理的な神経結合の両面から神経結合を同定する予定であった。現状では、この連携に関しては、多少の遅れが見られ、未だ同じマウスに対してin vivo/ vitro両面の神経結合の同定には成功しておらず、実験系の更なる改良を模索している。これに加えて、in vivo班を主担当する平の異動により、研究環境が変化し、当初予定より緊密な連携が難しくなっている。こうした現状を踏まえ、今後は、すでに実施している隔週のウェブ会議に加え、実地での密な会合の頻度を増やすなど、研究進展の遅れを補う方策を検討している。また、遠隔地での研究の連携をより容易にするため、ネットワーク経由でのデータの共有などを進めている。
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| Causes of Carryover |
実験系の立ち上げが当初の予定よりも遅れたため、主に実験で使用する予定であった消耗品や機材の購入にあてる費用が未使用で残った。また、理論・データ解析班は、理論構築に重点をおいたため、高性能の計算機を購入するにいたらず、この点でも予算が未使用分の一因であった。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
平成２８年度には実験系が本格的に立ち上がり、実際にデータを取得していく見込みである。また実験データの取得が軌道にのれば、理論・データ解析班も、そのデータを保持し、処理するため、高性能の計算機を購入する予定である。従って、平成27年度の予算の残額は、研究の進展とともに解消される。
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