2014 Fiscal Year Research-status Report
マウス全半球膜電位伝播波の甘利神経場モデルによる解析
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26520201
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
佐藤 譲 北海道大学, 電子科学研究所, 准教授 (30342794)
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2014-07-18 – 2019-03-31
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| Keywords | 甘利神経場モデル / マウス全半球膜電位計測 / 孤立進行波 / 非局所結合ネットワーク |
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| Outline of Annual Research Achievements |
非局所的結合を持つ興奮-抑制系である甘利神経場モデルを用いてマウス全半球の膜電位ダイナミクスを解析しました。具体的には、脳科学の問題として自発活動時の膜電位伝播波の現象分析を、さらに数理科学の問題として神経場の標準モデルを研究しました。英国University College Londonで、マウス全半球神経活動の計測実験を行っている嶋岡大輔(海外研究協力者)は、マウスの睡眠から覚醒までの間の神経細胞膜電位の自発活動に規則性をもった伝播波が存在することを発見し、現象論的な普遍クラスの存在を示唆しました。本研究の特色はこれまで実験で現象を検証することが不可能な抽象モデルであった甘利神経場モデルを、嶋岡の協力を得て実験脳科学に貢献しうる神経場ダイナミクスの標準モデルに昇華させるという点にあります。大域的な神経場で生じる現象についてはこれまで実測できなかったこともあり、典型的な研究例が存在しませんが、先行研究で見いだされた膜電位伝播波は新たな現象クラスであり、標準モデルにより理論的な分析がなされます。具体的な研究結果は以下です。
1. 神経網データベースに基づき、甘利神経場の非局所作用素の構造を同定しました。これに基づいた数値計算を行い、孤立進行波が生じることを確認しました。
2. マウス全半球の大域的神経活動計測実験のデータに基づき、自発活動時の膜電位伝播波の現象論的解釈を行いました。単純な神経場のスポット解が長距離結合によって特徴的周波数を持つようになり、麻酔を外部一定入力とみなした場合、その値の減少に伴い進行波の速度が速まるという仮説を得ました。
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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
申請書の「研究の目的」に記載した以下の二つの課題(1), (2)については、おおむね順調に研究が進んでいます。
1. 神経網データベースに基づく甘利神経場モデルの非局所作用素を同定しました。本研究では皮質の部分だけを二次元に投影した場合の神経網に限定し、各スライスのデータのイメージ強度を累積することによりネットワーク関数w(x)を推定しました。結果得られたw(x)を甘利神経場モデルに実装し、孤立進行波が生じることを確認しました。
2. マウス全半球の大域的神経活動計測実験のデータに基づき、自発活動時の膜電位伝播波の現象論的解釈を行いました。1. の結果に基づき、単純な神経場のスポット解が長距離結合によって特徴的周波数を持つようになり、麻酔を外部一定入力とみなした場合、その値の減少に伴い進行波の速度が速まるという仮説を立てました。この仮説を端的に示すトイモデルを構成し、理論解析を行った論文の出版を準備中です。神経科学的に精密な結果はまだ得られていません。
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| Strategy for Future Research Activity |
引き続き、課題1.、2.を遂行します。課題(B)についてはトイモデルの理論解析を行った論文の出版を準備中です。今年度中に、マウス脳全半球膜電位計測実験の結果を考慮した、神経科学的に妥当な現象論の結果を得ることを目標とします。
1. 神経網データベースに基づいて甘利神経場モデルの非局所作用素を同定します。
2. マウス全半球の神経活動計測実験に基づき、膜電位伝播波の現象論を構築します。
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