2017 Fiscal Year Research-status Report
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17K07056
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
田村 弘 大阪大学, 生命機能研究科, 准教授 (80304038)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 大脳皮質 / 視覚野 / 機能的神経回路 / サル / マルチニューロン計測 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、階層的に配置した皮質領野による情報処理に注目し、機能的神経回路の領野間での差異を明らかにすることを目指す。マカク属サル大脳皮質視覚野（初期視覚野、V1；中次視覚野、V4；高次視覚野、IT）より、複数神経細胞活動をマルチプローブ電極を用いて計測した。得られた神経活動にスパイクソーティングを適用して、複数単一神経細胞活動を得た。これら活動に相互相関解析を適用して、機能的神経結合の解析を行った。この結果、サル大脳皮質視覚関連領野において、スパイク発火の相関活動の性質が変化することを明らかにした。すなわち、同期発火の出現頻度、同期発火の時間構造などの指標が階層構造に従って変化した。このような変化は、各領野において、固有の機能的神経回路が存在することを示唆しており、情報処理様式が階層構造に伴って変化している可能性を示唆している(Tamura, bioRxiv, 2017)。また、予備的な解析より、機能的に推定された単シナプス性の抑制性結合が、近傍よりも水平方向に少し離れた細胞間で顕著に観察される様子が明らかになった。また、多数の細胞と同期発火する神経細胞群を見出した。
これら実験では、同時計測される細胞数が限られていたため、単シナプス性の直列結合を反映した時間遅れを伴った相関発火はごく少数観察されただけであった。そこでより多数の神経細胞からの同時計測を目指したシステムを構築し、検出数を上昇させることを目指した。新しいスパイクソーティングソフトウェアを導入し、予備的な解析を実施した。
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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
多領野大規模並列神経活動データ計測をマカク属サル第一次視覚野、中次視覚野V4野、そして下側頭葉皮質IT野に適用して、複数神経細胞活動データを取得することができた。得られた神経活動データからオフラインでスパイクソーティングを実施し、すべてのデータについて複数神経細胞活動を得た。各領野における単シナプス性共通入力を反映した同期的神経活動の特性について明らかにすることができた（Tamura, bioRxiv,2017）。以上のように当初計画に従って研究を進めると同時に、予備的データ解析から得られた知見について、論文発表・学会発表を行うことができた。さらに、予備的な解析より、機能的に推定された単シナプス性の抑制性結合が、近傍よりも水平方向に少し離れた細胞間で顕著に観察される様子が明らかになった。また、多数の細胞と同期発火する神経細胞群を見出した。このように、新しい知見が多数得られており、現在慎重に解析を進めているところである。
これら実験では、同時計測される細胞数が限られていたため、単シナプス性の直列結合を反映した時間遅れを伴った相関発火はごく少数観察されただけであった。そこでより多数の神経細胞からの同時計測を目指したシステムを構築した。これに伴い、新しいスパイクソーティングソフトウェアを導入した。現在、予備的な解析を実施中である。
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| Strategy for Future Research Activity |
申請書の計画に基づいて、実験・解析を進める。第一に、新規に導入した計測・解析システムを用いて、マカク属サル第一次視覚野、中次視覚野V4野、そして下側頭葉皮質IT野を対象に、単シナプス性の直列結合を反映した機能的結合の解析を実施する。一般に、単シナプス性の直列結合を反映した時間遅れを伴った相関発火は検出が困難である。同時に多数の神経細胞から活動を計測することで、この問題に取り組む。第二に、計測細胞位置の同定を行い、層間結合様式の解析を進める。第三に、予備的な解析より、機能的に推定された単シナプス性の抑制性結合が、近傍よりも、水平方向に少し離れた細胞間で顕著に観察される様子が明らかになってきた。そこで、抑制性結合に焦点を絞った解析を実施し、空間的な拡がり方について、それぞれの領野について明らかにする。第四に、単シナプス性共通入力を反映した同期的神経活動の解析より、特定の細胞群が、他の細胞と比べて、多数の細胞と同期発火することを見出した。そこで、これら細胞の発火特性、視覚応答特性、及びネットワーク様式を各領野について明らかにする。これら計測実験と解析を同時に進めることで、領野間での普遍性・多様性を明らかにすることを目指す。
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| Causes of Carryover |
次年度使用額が生じた理由：より多数の神経細胞から神経活動を同時に計測することを目的として、計測システムを変更した。この過程でスパイクソーティングソフトウェアも変更した。このため、当初予定していたソーティング用データ解析計算機の導入が不要となった。また、情報収集のための国内旅費、英文校閲費、論文投稿料・掲載料を削減した。
使用計画：次年度以降は解析すべきデータ量の増大が予想される。解析スピードを上げるために、データ解析計算機（400,000円）及び、データサーバー（170,000円）を導入する。
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