2019 Fiscal Year Research-status Report
視覚野機能構築が生成する神経細胞活動の動的特性と文脈効果
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19K12743
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| Research Institution | Numazu National College of Technology |
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Principal Investigator |
宮下 真信 沼津工業高等専門学校, 制御情報工学科, 教授 (20443038)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
田中 繁 電気通信大学, 脳・医工学研究センター, 特任教授 (70281706)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 第一次視覚野 / 自己組織化 / 神経ダイナミクス / 刺激長チューニング / コントラスト / 方位表現 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
サルやネコの視覚野には方位選択性に基づいて細胞が規則的に配列した方位マップが存在するのに対し、げっ歯類動物ではsalt & pepperと呼ばれる不規則な構造を呈している。これまでに、外側膝状体‐視覚野間の神経ネットワーク自己組織化数理モデルによって、規則的な方位表現とsalt & pepper状の方位表現を再現してきた。ここでは、運動するグレーティイング刺激線分の長さを刺激方位の軸方向に伸ばした場合や刺激コントラスによる視覚野細胞の応答を調べた。はじめに、古典的受容野の範囲のみに線分刺激を与えたときの刺激コントラスト依存性を調べた。その結果、方位表現の構造が規則的場合は刺激コントラストに対して細胞応答は単調に増加したが、salt & pepper状の場合では刺激コントラストが50%以上では細胞応答が一定となる傾向がみられた。また、規則的な構造の場合は5％程度でも応答を示す細胞があるのに対し、Slat & pepper状の方位表現では、10％以下では細胞は応答しなかった。この結果は、規則的な方位表現の構造が広いコントラストレンジに寄与していることを示唆している。さらに、古典的受容野よりも長い刺激では、いずれの方位表現でも細胞応答は一定値となることが示唆された。また、規則的な方位表現の場合、刺激線分の長さを古典的受容野よりも長くすると、神経活動が高い領域がモデル視覚野においてパッチ状に出現することが示唆された。
また、本年度は外側膝状体‐視覚野細胞間の自己組織化数理モデルに発達期におけるシナプス可塑性の生物学的メカニズムを取り入れて精緻化した。
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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
初年度は、自己組織化数理モデルによって再現された、サルやネコとげっ歯類動物の視覚野での方位表現について、スパイク放電型の神経モデルを使ってシミュレーションをする準備を計画している。ここでは、刺激線分の長さ、コントラスト特性についてシミュレーションを実行し、当初の予定を満たした。
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| Strategy for Future Research Activity |
外側膝状体‐視覚野入力層間の神経ネットワークの自己組織化数理モデルを精緻化してきた。このモデルによって、新たに方位表現の構造を再現する。古典的受容野とその周辺領域への視覚刺激で、刺激方位が異なる場合、刺激位相が異なる場合、刺激方向が異なる場合などのシミュレーションを実行し、視覚野入力層の単純型細胞の応答が、規則的な方位表現とsalt & pepper状の方位表現でどのような違いがあるのかを調べていく。
また、4層-2/3層間の神経ネットワークの自己組織化数理モデルを構築していく。この結果を使って、2/3層の複雑型細胞の応答について調べていく。
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| Causes of Carryover |
想定していたよりも、シミュレーションの計算量とデータ量が多いことから、新規にワークステーションの購入を検討する必要が生じたため。
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