2018 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 / 神経回路 / マルチニューロン計測 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では哺乳類大脳皮質における情報処理過程の普遍性および多様性を明らかにすることを目指している。特に大脳皮質における階層的な情報処理過程に注目し、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。本年度は、大脳皮質層構造が比較的単純であるラット大脳皮質第一次視覚野（V1）と第一次体性感覚野（S1）バレル領域を対象として、大脳皮質第４層と３層間での単シナプス性興奮結合に焦点を絞って研究を実施した。計測には、麻酔（ウレタン）動物を用いた。32個の計測点が直列に配置したマルチプローブ電極を皮質表面に対して垂直に刺入し、４層、３層を含む領域から同時に複数神経細胞より活動を計測した。電流源密度解析と組織学的手法により、計測細胞の層を同定した。V1からの計測においては、グレーティング刺激を眼前に設置したディスプレーより提示した。S1バレル領域からの計測においては、触覚刺激を最適ヒゲとその周辺のヒゲを含むようにピエゾ素子により提示した。この結果、V1とS1では単シナプス性興奮結合を反映すると考えられる時間遅れを伴ったスパイク発火相関の出現頻度に差異があることをが明らかになった。すなわち、S1では解剖学的構造から予想されるように、大脳皮質4層細胞のスパイク発火に対して、2ms後に3層細胞が発火する様子が観察された。一方、V1では多くの4層ー3層ペアで、時間遅れを伴わない、同期的発火が観察された。この結果は、各皮質領野において、固有の機能的神経回路が存在することを示唆しており、領野固有の様式で感覚情報が階層的に処理されている可能性を示唆している。
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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
昨年度新規に導入した多細胞計測システムとスパイクソーティング手法を用いた計測・解析の処理過程を確立した。この新規システムを用いて、神経活動データ計測をラット第一次視覚野、体性感覚野より実施した。得られたデータを用いて、各領野における単シナプス性結合を反映した時間遅れを伴った神経活動の特性について明らかにした。さらに、各領野の細胞の感覚応答依存性について、定量的な解析を実施した（neuro2019において発表予定）。また、サル皮質領野間で、情報表現様式に差異があることを明らかにした（電子情報通信学会 ニューロコンピューティング研究会・MEとバイオサイバネティックス研究会 合同研究会、信学技報, vol. 118, no. 470, NC2018-71, pp. 145-150, 2019年3月）。さらに、サル皮質領野間で、情報処理のダイナミクスに領野間差異が存在することも見いだした（neuro2019において発表予定）。以上のように当初計画に従って研究を進めることができたと同時に、学会発表および投稿を行うことができた。しかしながら、これら実験では昨年度から問題となっていたように、単シナプス性の直列結合を反映した結合はごく少数観察されただけであった。そこで、当初方針を変更して、単シナプス性の直列結合における情報の収束ー発散過程の領野間比較を、視床ー大脳皮質結合に注目して実施する予定である。このための予備的な計測実験・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。大脳皮質層構造が比較的単純であるラット大脳皮質第一次視覚野（V1）と第一次体性感覚野（S1）を対象とした実験でも、多くの細胞間で時間遅れを伴わない神経活動相関（同期的発火）が観察され、単シナプス性の直列結合を反映した時間遅れを伴った神経活動相関は、少数しか観察できなかった。そこで、時間遅れを伴った神経活動相関が確実に観察される視床ー皮質経路をモデルとして、単シナプス性の直列結合における情報の収束ー発散過程を検討する。具体的には、視覚系（外側膝状体ー第一次視覚野）と体性感覚系（後内側腹側核ー第一次体性感覚野）で計測実験を実施し、比較する。
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| Causes of Carryover |
次年度使用額が生じた理由:層構造が単純であるラットをモデルとして研究を実施したため、当初予算とは差異が生じた。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:複数脳部位からの同時計測を実施するために、マルチプローブ電極を追加で購入する。解析データ量の倍増に備えて、データサーバー、データ解析計算機を導入する。
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