2016 Fiscal Year Research-status Report
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16K12508
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
藤井 雅史 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 助教 (30725750)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 情報伝達 / small-volume effect / robustness / sensitivity / efficiency |
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| Outline of Annual Research Achievements |
神経細胞間のスパイクタイミング情報を処理する場であるスパインは体積が小さい（0.1fL）ため分子数が少なく応答がゆらいでしまうにも関わらず、いったいどうやってうまく情報をコードしているのだろうか？本研究では、小脳プルキンエ細胞におけるCa2+上昇の数理モデルを作成して、スパインがどのように入力タイミング情報をコードしているかを明らかにするとともに、スパインが持つ利点である、情報伝達の入力ゆらぎに対する頑健性（robustness）、小さい入力に対する感受性の高さ（sensitivity）、かつ、単位入力あたりの情報伝達量である効率性（efficiency）とそれらが生み出されるメカニズムを解析した。
平成28年度は、スパインにおけるCa2+上昇を説明する決定論的シンプルモデル（本田ら、Neural Netw.、2013）を拡張し、確率論的シミュレーションを行った。シミュレーションによって得られたCa2+応答の分布に着目し、分布の形状・変化と相互情報量を用いた情報伝達の特性との関係を解析した結果、スパインが持つ利点である、情報伝達のrobustness、sensitivity、efficiencyは、すべてスパインの体積の小ささに由来することを明らかにした。また、これらの体積の小ささによる情報伝達の利点の実現は、スパインに限らず普遍的な特性である可能性を見出した。これらの成果は国際学術雑誌Biophysical Journalに掲載された（藤井ら、Biophys. J.、2017）ほか、日本生物物理学会・定量生物学の会等で発表した。
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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
平成29年度に計画していたシンプルモデルを用いたrobustness、sensitivity、effciencyの解析まで到達できたことは、当初計画よりかなり早い進展である。一方で、Purkinje細胞における入力タイミング情報のコーディングのメカニズムと利点については未だ明らかになっていない。この点については、解析を進める過程において、これらの順序を入れ替えて、先にrobustness、sensitivity、efficiencyのメカニズムを明らかにした上で、よりミクロな現象である情報コーディングのメカニズムと利点を解析した方が良いと判断したためである。またこれらの成果は、順調に国内学会等で発表することができ、国際学術雑誌にも掲載された。従って、総合的には順調であると考える。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成29年度は、よりミクロな現象である情報コーディングのメカニズムを解析する。さらに、得られた結果と1年目に得られた情報伝達の利点を結びつけることで、スパインが持つ体積の小ささと情報コーディングの関係性を明らかにする。
また、当初は平成30年度に計画していた、より広範な系を用いた解析を通して、普遍的な概念への拡張にまで踏み込む。
これらの結果は国際学術雑誌に投稿するとともに、各種学会・国際会議等で発表する。
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| Causes of Carryover |
研究遂行の順序を入れ替えたため、データ保存用の外部記憶装置等の周辺機器の購入を必要とする状況が発生しなかったため
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
研究遂行の順序を入れ替え、平成28年度購入予定だったデータ保存用の外部記憶装置等の周辺機器を、平成29年度に購入予定
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