2020 Fiscal Year Annual Research Report
Elucidating the coding principle of temporally complex sounds
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19H04212
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| Research Institution | University of Toyama |
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Principal Investigator |
伊藤 哲史 富山大学, 学術研究部医学系, 教授 (90334812)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
小野 宗範 金沢医科大学, 医学部, 准教授 (30422942)
高橋 宏知 東京大学, 大学院情報理工学系研究科, 准教授 (90361518)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 神経回路 / 聴覚 / brain machine interface |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は以下の3種類の実験を行った。
実験１：フラビンイメージングによって同定した聴覚野サブ領域にretrograde AAVCre、内側膝状体にAAV9-FLEX-TVA-deltaG-GFPとEnvA-rabies-mCherryを注入することで、下丘⇒内側膝状体⇒聴覚野という２シナプス経路を可視化した標本２５匹のデータの解析を行い、3つの領域でtopographical organizationが形を変えながら維持されていることを確認した。また、覚醒下でのフラビンイメージングを行うための条件検討を開始したが、現段階では安定的な記録には至っていない。
実験２：覚醒状態のVGAT-ChR2マウスからの多チャンネル同時電気活動記録システムの構築を進めた。ガラス微小管内にテトロード電極を固定した光電極を用いて多チャンネルでの細胞同定記録を試みた。現在のところ神経細胞活動の多チャンネル記録自体には成功したが、光反応による細胞同定は安定した記録が得られていない段階である。
実験３：聴覚野と視床から同時計測した自発活動と音刺激に対する神経活動に対して，移動エントロピーを用いて，情報の流れを解析した．その結果，従来から知られている解剖学的な特徴が，情報の流れからも得られた．また，視床から聴覚野へ至るフィードフォワード経路と聴覚野から視床へ至るフィードバック経路は，情報流のタイミングや情報量のばらつきで互いに異なることを示した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
実験1：研究代表者が2020年10月に研究機関を移籍したため、研究代表者が担当する動物実験は中断することとなった。2021年度に実験を再開するため、現在狂犬病ウイルス注入実験の大臣確認を申請しているところであり、実験の実施が遅れている。
実験2：多チャンネル記録には成功したものの、細胞種同定が不安定であるためやや遅れていると考える。
実験3：データの解析手法が確立されたことから，概ね順調に進んでいると言える．
以上より、全体としては「やや遅れている」と判定した。
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| Strategy for Future Research Activity |
実験1：覚醒下フラビンイメージングの安定記録を確立したら、複雑音に対するフラビンイメージングを行うとともに、狂犬病ウイルス注入実験（近日中に承認予定）によって複雑音情報処理に関する神経回路の可視化を行う。
実験2：今後は多チャンネル同時記録時に光反応により細胞同定する方法の安定化を目指す。光反応による細胞種同定のためには、光刺激による活動電位の増減を計測する必要がある。そのためには多チャンネル記録のさらなる安定化に加えてスパイク分離法の改良を行う必要があると考える。
実験3：今後，これまでに確立した実験手法と解析手法を用いて，意識にのぼる聴知覚や複雑音符号化に関連する神経活動を考察する．具体的には，各測定点の神経活動の位相同調性や移動エントロピーに注目し，機械学習を用いて刺激音が推定可能であることを示す．
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