2016 Fiscal Year Research-status Report
連合学習における脳領域間ニューラルネットワーク可塑的変化の可視化
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16K09732
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| Research Institution | Soka University |
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Principal Investigator |
根本 正史 創価大学, 公私立大学の部局等, 保健センター医師 (80370980)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
木暮 信一 創価大学, 理工学部, 教授 (10133448)
川井 秀樹 創価大学, 理工学部, 准教授 (90546243)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 脳活動イメージング / 神経可塑性 / 連合学習 / ニューラルネットワーク |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は，学習・記憶のメカニズムを脳領域間のニューラルネットワークの可塑的変化として捉え，その基盤の上に出現する脳活動の変化をmesoscopicなレベルで可視化，学習における各脳領域の役割を明らかにすることである。具体的には，2種類の感覚刺激について関連付けて連合学習を行い，脳活動イメージングを行う。(1) はじめに連合させる予定の2つのモダリティの刺激を与えて，活動する大脳皮質領域をHemoglobin由来の内因性信号でイメージングした。今回は，頭頂葉と後頭葉が同時に観察できるよう広い頭窓を作製し，麻酔下にて，下肢の足底(後脛骨神経領域)への電気刺激と，側方からのフラッシュ光刺激の2種類の感覚刺激を連動(あるいは非連動)させて脳活動をイメージングした。そのイメージングには，覚醒下・自由行動中の計測を想定してGoPro Hero4ウェラブルカメラを用い，頭頂葉と後頭葉にある，一次体性感覚野，一次視覚野，及び，高次の領野と連合野を同一視野において活動領域を描出がした。結果は，連合学習をする前段階から，麻酔下であるにもかかわらず，2種類の刺激を様々な時間差で繰り返し与えるうちに，少なくとも，一次体性感覚野，一次視覚野の脳活動が，お互い影響を及ぼし合う非独立現象が観察された。これらの脳活動イメージング法については，第94回日本生理学会で発表した。(2) 連合学習を行う為に，覚醒下・自由行動中のラットに対して，unconditioned stimulus(UCS)として片足電気刺激を行い，その下腿屈曲時の筋活動で電気刺激をオフにするfeed back回路をWi-Fi遠隔操作で実現するシステムを構築中である。筋活動をモニターする為の筋電図は，追坂電子機器製のワイヤレス湿式筋電センサーを使用し，電気刺激のOn-Offは，LabVIEWのプログラムを用いて行っている。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
ラットのジャケットに装着可能な小型機器で，連合学習と脳活動イメージングを行う技術を開発中である。自由度が高く細かな調整をプログラミング可能なシステムを，低価格で実現することを目指している。刺激のOn-Offタイミングと筋電センサー，conditioned stimulus(CS)との同期化をはかるシステムの構築にやや時間を要している。
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| Strategy for Future Research Activity |
推進する方策として以下3点を挙げる。 (1) 現時点では，体性感覚刺激と視覚刺激をpairingしているが，当初の予定である体性感覚刺激と聴覚刺激のpairingも検討していく。(2) 可視光領域の吸収変化のイメージングで脳活動を描出しているが，フラビンの内因性蛍光やIndocyanine Greenを用いた蛍光のイメージングで，脳活動が描出できないかも検討する。(2) システムの構築には，工学部のノウハウと企業の協力が欠かせず，本研究を推進する為にそれぞれの垣根を超えた話し合いを推進していく。
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| Causes of Carryover |
連合学習を行うシステム構築において，自由度が高く細かな調整をプログラミング可能なシステム開発に時間を要しており，システム構築全体に関わる経費の一部が使用されていない為次年度使用額が生じた。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
今後は，連合学習を実現する為のシステム全体への構築費用と，蛍光検出が可能な光学機器，センサー購入への費用が必要となり，次年度はこれらに使用される予定である。
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