2014 Fiscal Year Research-status Report
空気を読む脳内機構の解明による脳型状況把握モデルの構築
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26730124
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| Research Institution | Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University |
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Principal Investigator |
船水 章大 沖縄科学技術大学院大学, 神経計算ユニット, 研究員 (20724397)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 皮質 / ベイズ推定 / 二光子顕微鏡 / 頭頂葉 / 強化学習 / 神経科学 / 脳科学 / 計算論 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
大脳新皮質のベイジアンフィルタ仮説を提案し，総説として発表した [船水章大，銅谷賢治，「予測-大脳新皮質のベイジアンフィルタ仮説」，生体の科学，No. 66, Vol. 1, pp.33-37, 2015]．この総説は，大脳新皮質の解剖学・生理学的知見に基づいて，階層型コラム構造が，ベイジアンフィルタを実装する仕組みを提案した．具体的には，皮質1層・2/3層・5層がそれぞれ，ベイズ推定の事前予測・尤度・事後予測を表現する．また，先行研究とは異なり，ベイジアンフィルタで必須な状態遷移の皮質実装を提案した．状態遷移は，高次領野からのトップダウン信号や，各領野内での水平結合で実装される．この仮説を，感覚野・頭頂連合野に適応すると，状況把握・空気を読む脳内機構のベイズ仮説になる．また，ベイズ推定と運動最適制御は双対性がある．同仮説は，運動野の仮説としても機能する．総説ではあるが，新規の仮説を提案できた．
本研究の最大の特色は，上述の仮説提案だけでなく，マウスの動物実験で，同仮説を検証・修正できる点である．まず，8匹のマウスで，状況把握の音源定位課題を実施した．同課題で，マウスは，仮想環境上の音源に到達すると，報酬の水を得た．同課題では，音刺激を常にマウスに提示する感覚情報試行と，音刺激を断続的に提示する状況推定試行の，2種類の試行を用いた．
蛍光カルシウムプローブのGCamp6fを発現したアデノ随伴ウイルスを，マウスの後部頭頂葉に打ち込み，課題中のマウスの皮質1-5層の神経活動を，二光子顕微鏡法で計測した．本研究では現在，皮質2，3，5層の神経細胞の活動を解析中である．これまでの解析結果は，国内外の学会で発表した．今後，ベイジアンフィルタ仮説と各皮質の神経活動を比べ，同仮説の検証・修正を行う．
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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
大脳新皮質のベイジアンフィルタ仮説を提案し，総説として発表できた．同仮説の検証・修正で必要な動物実験 (マウスの音源定位課題) を実施し，頭頂葉の皮質各層から，神経活動を計測できた．これまでの神経活動の解析結果は，国内外の学会で発表できた．次年度は，計測した神経活動を解析し，ベイジアンフィルタ仮説との関係を掴むだけで，本研究の目的を達成できる．
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| Strategy for Future Research Activity |
引き続き，マウスの頭頂葉で計測した皮質1-5層の神経活動を解析する．特に，皮質1層の解析を中心に行う．同解析で，神経活動とベイジアンフィルタ仮説との関係を掴む．得られた成果を，国内外の学会で発表し，国際的な学術雑誌に投稿する．
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| Causes of Carryover |
大脳新皮質のベイジアンフィルタ仮説を提案しただけでなく，総説として発表するための論文執筆を行った．この理論研究 (パソコンでの研究) に時間がかかったため．
申請時に比べて，費用は減額されている．翌年度に，申請書に記載した通りの計画を実施するためには，繰り越す必要があった．
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
主に，申請書に記載した通りの計画を実施する．具体的には，追加の動物実験に必要な機器・薬品・実験動物・ガラス機器等を購入する．また，論文校正も行う予定である．
必要に応じて，データ保存のためのA/Dコンバータや，データ解析のためのパソコンを購入する．
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