2018 Fiscal Year Research-status Report
ニューロンオペラントコンディショニングを用いた細胞集団活動の適応的変化の数理基盤
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16K01966
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| Research Institution | Kyoto Sangyo University |
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Principal Investigator |
伊藤 浩之 京都産業大学, 情報理工学部, 教授 (80201929)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 多細胞活動記録 / 視覚皮質 / 多細胞データ / 多次元ガウスモデル / ディコーディング / ニューロンオペラントコンディショニング / ブレインマシンインタフェース / 内因性多様体 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
麻酔したネコ視覚皮質から同時記録した多細胞データに多次元ガウスモデルを適用し、視覚提示された運動するバー刺激の方位（１６種の方位）推定を行った。細胞間の発火数相関の刺激依存性をも取り入れたモデルの有効性を検証したところ、得られたデータの試行数が限られるために、モデルパラメータが多すぎて、過学習を生じるため、適切な推定が出来ないことが判明した。主成分分析や多重判別分析などにより特徴次元圧縮を行った後に多次元ガウスモデルを適用することで有効な推定結果を得られることが分かった。これらの解析はブレインマシンインタフェースでのディコーディングにおいて有効である。
ミニチュアマニピュレータを内蔵し、各tetrodeを独立にミクロン精度で刺入深度を調整可能なtetrode電極配列を開発した。また、皮質活動（局所脳波）に含まれるガンマ波成分のパワーに応じてリアルタイムで報酬を与えるクローズド・ループ・フィードバックシステムを完成した。開発したtetrode配列電極をラット視覚皮質に埋め込み、覚醒行動下での慢性記録を開始し、視覚皮質から記録される局所脳波のガンマ波パワーの上昇をターゲットとしたニューロンオペラントコンディショニング実験を開始した。
赤外線カメラを用いて頭部固定下覚醒ネコの視線計測を行うシステムを開発した。ネコ視覚皮質の細胞活動を用いたニューロン・オペラントコンディショニング実験の実施に向けて注視課題訓練を完了した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
実験データの解析結果が当初の予想に反していたため、その原因の究明に多くの時間を費やす必要があった。結果として、原因の究明および新たな理解が得られたため、有意義な研究を実施することが出来た。この事情により、成果の学会発表および学術論文発表のスケジュールが遅れた。
また、皮質から記録される局所脳波のガンマ波パワーの強度に対してリアルタイムで報酬を与える制御システムの開発に予想以上の時間を要したため実験開始が遅れた。このシステムは完成して、実験を開始している。
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| Strategy for Future Research Activity |
ネコ視覚皮質から記録した多細胞データから刺激方位を推定するモデルに関しては成果をまとめ、学会発表および学術論文の発表を行う。
ニューロン・オペラントコンディショニングは、ラットの視覚皮質活動を用いたガンマ波パワーの強化をターゲットとした実験を継続し、クローズド・ループ・フィードバックシステムによる神経活動のvolitionalな制御が可能であるかどうかを検証する。ラットを用いた実験結果を検討し、必要な改善を行った後にネコ視覚皮質の細胞活動を用いたニューロン・オペラントコンディショニング実験に早期に移行する計画である。
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| Causes of Carryover |
実験データの解析結果が当初の予想に反していたため、その原因の究明に多くの時間を費やす必要があった。結果として、原因の究明および新たな理解が得られたため、有意義な研究を実施することが出来た。この事情により、成果の学会発表および学術論文発表のスケジュールが遅れたため、当初の研究計画の遂行のためには１年間の研究期間延期が必要となった。学会出張旅費や学術論文作成時での英文校正、論文掲載費などに使用する計画である。
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