2021 Fiscal Year Research-status Report
神経伝達物質の非線形ダイナミクスと脳疾患発症の数理構造
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21K12105
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
藤原 寛太郎 東京大学, ニューロインテリジェンス国際研究機構, 特任准教授 (00557704)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 神経伝達物質 / 数理モデル |
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| Outline of Annual Research Achievements |
脳神経系の発達と学習の数理モデル構築を進めた。具体的には、バースト振動子系の同期・非同期現象や神経伝達物質が脳波リズムに与える影響について調査した。
たとえばバースト振動子系では、外部摂動および内部摂動を印加することにより、複数振動子間の同期と非同期が複数回遷移する現象を見出した。バースト振動子ネットワークは生体系の典型的なモデルであり、そのダイナミクスを解析することは、生命現象やその機能を理解する上で重要である。バースト振動子ネットワークにおけるノイズ摂動、周期外力、結合強度のダイナミクスの相互作用を数値的に解析し、この相互作用がバースト振動子ネットワークの完全同期に与える影響を数値的に解析した。その結果、これらの力の適切な相互作用により、微弱な摂動で系を同期させることができることがわかった。また、同期と非同期の間に複数の遷移が起こることも確認された。これは神経振動子系にも拡張できる理論であり、同期を外部摂動により人為的にコントロールするための設計プロトコルとなり得るものである。
また、神経伝達物質がどのように脳波リズムに影響を与えるのかについて調査した。その過程で、一部の神経伝達物質が示す非線形ダイナミクスについて整理・分類を行った。これまでドーパミンが低周波数脳波へ与える影響について調査してきたが、そのほかいくつかの神経伝達物質にも同様の作用があることを数値解析により確認した。これらの知見をもとに神経伝達物質が学習及び発達に与える影響に関して数理モデルを構築する予定である。
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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
神経伝達物質が脳波リズムに与える影響について調査を開始し、一部の神経伝達物質が示す非線形ダイナミクスについて整理・分類ができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
神経伝達物質の不均衡を非線形ダイナミクスに基づいた数理モデルにより記述し、それがもたらす様々な脳内現象を明らかにしていく。
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| Causes of Carryover |
当初出席を予定していた国際会議がオンラインになり旅費を使用できなかった点と、購入を予定していた計算機が半導体不足のため令和３年度の納品に間に合わなかったため。
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