2021 Fiscal Year Research-status Report
小脳神経細胞のミクロな形態が回路全体のマクロな情報処理に及ぼす影響のモデル研究
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20K06850
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| Research Institution | The University of Electro-Communications |
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Principal Investigator |
山崎 匡 電気通信大学, 大学院情報理工学研究科, 准教授 (40392162)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
五十嵐 潤 国立研究開発法人理化学研究所, 情報システム本部, 上級研究員 (60452827)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | シミュレーション / 小脳 / マルチコンパートメントモデル / 高性能計算 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
当該年度は、これまで開発してきたマルチコンパートメントモデル用並列計算法の性能を調査した。申請書の研究目的・方法に記載したとおり、従来法と比較して大きなメモリ帯域を必要とせず、グラフィクスプロセッシングユニット（ＧＰＵ）上で従来法よりも高速に計算を完了でき、かつ優れたスケーリング性能を持つことを示した。結果をまとめて論文にし、国際誌に投稿して採択された。さらに、マルチコンパートメントモデルを含めた神経回路シミュレーションに関する教科書を、共同研究者とともに執筆し出版した。これらの計算手法の改善を受けて、マルチコンパートメントモデルのシミュレーションを高速に完了できるようになり、現実的な時間で小脳皮質ネットワークモデルの大規模シミュレーションを実施できるようになった。そのネットワークモデルを用いて、小脳学習の代表的課題である瞬目反射条件づけのシミュレーションを行った。瞬目反射条件づけでは、条件づけ前は小脳皮質のプルキンエ細胞が下流の小脳核を抑制しているが、条件づけ後は抑制を停止し、脱抑制によって小脳核が強く活動し条件反応が引き起こされる。この脱抑制の強度とタイミングが、プルキンエ細胞の樹状突起の縮退によってどのように変化するのかを調査した。その結果、樹状突起が正常な場合はプルキンエ細胞は同期して発火し、小脳核を一定の間隔でリズミカルに抑制するが、樹状突起を縮退させると同期が乱れ、小脳核が常に抑制され発火できなくなることを確認した。その結果を次年度に国際会議にて発表予定である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
マルチコンパートメントモデル用の効率良い数値計算法を確立できたことと、小脳皮質のネットワークモデルのシミュレーションを現実的な時間で実施できるようになったことから、研究は極めて順調に進んでいる。次年度計画であった小脳学習に関しても、すでに瞬目反射条件づけを題材として予備的な成果を得ている。数値計算法に関する論文や神経回路シミュレーションに関する教科書が出版できたことも、今後研究をより推進していく上でのマイルストーンとなるものであり、プラスである。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、すでに予備的な結果を得ている瞬目反射条件づけのシミュレーションをより推進し、結果をまとめて論文として投稿したいと考えている。また、プルキンエ細胞の空間形状のみならず、顆粒細胞やゴルジ細胞、分子層介在ニューロンについてもその意義や役割を検討したい。
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| Causes of Carryover |
新型コロナウイルス感染症の影響で予定していた出張がなくなり、その分の旅費等を翌年度に持ち越すことになった。
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