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2008 Fiscal Year Annual Research Report

脳局所神経回路における回路トポロジーの自己組織的制御メカニズム

Research Project

Project/Area Number 19500256
Research InstitutionTohoku University

Principal Investigator

片山 統裕  Tohoku University, 大学院・情報科学研究科, 准教授 (20282030)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 辛島 彰洋  東北大学, 大学院・情報科学研究科, 助教 (40374988)
中尾 光之  東北大学, 大学院・情報科学研究科, 教授 (20172265)
Keywords多細胞記録 / 独立成分分析 / トポロジ / 海馬 / 大脳皮質 / リアルタイム信号処理 / 機能的結合 / 自己組織
Research Abstract

本研究は, 脳の局所神経回路の回路トポロジーを解析し, 脳情報処理における機能的意義を明らかにすることを目的として計画された. その実現のために, 局所神経回路トポロジーの計測システムを構築するとともに, 実験データに基づいた脳局所神経回路のモデリング, シミュレーションをおこなっている.
平成20年度においては, くし型多重電極を用いて海馬CA3領域の複数ニューロン活動記録実験を行った. この電極は, 記録点が直径およそ100μmの範囲に4つの記録点が配置された4重電極(テトロード)を100〜400μmで2〜8本並べた電極である. このくし型くし型テトロードを用いて1電極あたり約6個のニューロン活動を同時に記録することができた. 同時記録された個々のニューロン間において, 単シナプス性, および多シナプス性結合の有無を修正スパイク相互相関解析法に基づいて判定した. その判定果に基づき, CA3領域の結合マップを作成した. その結果, 自発活動時に機能しているニューロンの機能的結合は, 解剖学的に知られている結合の半分程度に過ぎないことが明らかになった. 従来のスパイク相互相関解析に基づく結合判定法では, シナプス結合強度を推定できないという問題があった. そこで, 同時に記録されたニューロンの活動電位発生時系列からシナプス結合強度を推定するための新しい手法を開発した. これはニューロンの入出力特性の確率モデルに基づく方法であり, 従来の修正スパイク相関解析法の自然な拡張となっている. 海馬CA3領域で記録された実験データへ本手法を適用することによって, その有用性を明らかにした.

  • Research Products

    (12 results)

All 2008 Other

All Journal Article (4 results) (of which Peer Reviewed: 3 results) Presentation (7 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] 神経スパイクの相互相関解析を利用したシナプス結合強度のモデルベース推定2008

    • Author(s)
      菊池修, 片山統裕, 辛島彰洋, 中尾光之
    • Journal Title

      生体医工学 46

      Pages: 667-674

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] 複数ニューロン記録用多重電極の設計支援を志向した3次元神経組織モデルの構築2008

    • Author(s)
      久保貴嗣, 片山統裕, 辛島彰洋, 中尾光之
    • Journal Title

      生体医工学 46

      Pages: 675-683

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] The 3D position estimation of neurons in the hippocampus based on the multi-site multi-unit recordins with silicon tetrodes2008

    • Author(s)
      T. Kubo, N. Katayama, A. Karashima, M. Nakao
    • Journal Title

      Proc. 30th Ann. Conf. IEEE EMBS 1

      Pages: 5021-5024

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] 東北大学内連携プロジェクトによる多機能集積化半導体電極の開発と神経活動の多元的解読2008

    • Author(s)
      坂本一寛, 虫明元, 田中徹, 片山統裕, 小柳光正
    • Journal Title

      BIO INDUSTRY 25

      Pages: 96-101

  • [Presentation] A real-time spike sorting system based on complex-valued ICA for multiunit recording2008

    • Author(s)
      N. Katayama, Y. Shiraishi, T. Takahashi, O. Kikuchi, T. Kubo, A. Karashima, M. Nakao
    • Organizer
      Neuroscience2008
    • Place of Presentation
      東京
    • Year and Date
      20080709-11
  • [Presentation] A three-dimensional neural tissue model of hippocampal CA3 field for simulation of multiunit recordina with multi-site electrodes2008

    • Author(s)
      T. Kubo, N. Katayama, M. Nakao
    • Organizer
      Neuroscience2008
    • Place of Presentation
      東京
    • Year and Date
      20080709-11
  • [Presentation] 中枢ニューロン樹状突起におけるシグナル伝達系の時空間ダイナミクス2008

    • Author(s)
      片山統裕, 鮑傑, 辛島彰洋, 中尾光之, 坪川宏
    • Organizer
      第47回日本性体医工学大会
    • Place of Presentation
      神戸
    • Year and Date
      20080508-10
  • [Presentation] 細胞外活動電位の多点記録に基づくニューロンの3次元位置推定法2008

    • Author(s)
      久保貴嗣, 片山統裕, 辛島彰洋, 中尾光之
    • Organizer
      電子情報通信学会MEとバイオサイバネティックス研究会
    • Place of Presentation
      仙台
    • Year and Date
      2008-11-21
  • [Presentation] Calcium-dependent dynamics of the PKCγ in the cerebellar Purkinje cells2008

    • Author(s)
      片山統裕, 斉藤尚亮, 横山弘之, 坪川宏
    • Organizer
      第23回性体・生理工学シンポジウム
    • Place of Presentation
      名古屋
    • Year and Date
      2008-09-29
  • [Presentation] Neuronal spike sorting with wavelets and ICA2008

    • Author(s)
      Norihiro Katayama
    • Organizer
      Multi-neuron meeting 2008 -Multi-neuronal research, its relevance and future-
    • Place of Presentation
      東京
    • Year and Date
      2008-07-12
  • [Presentation] 多点電極記録によるニューロンの3次元位置推定と神経組織ひずみ特性の評価2008

    • Author(s)
      久保貴嗣, 片山統裕, 辛島彰洋, 中尾光之
    • Organizer
      電子情報通信学会ブレインコミュニケーション研究会
    • Place of Presentation
      京都
    • Year and Date
      2008-05-15
  • [Remarks]

    • URL

      http://www.biomdl.ecei.tohoku.ac.jp/kata/

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Published: 2010-06-11   Modified: 2016-04-21  

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