2012 Fiscal Year Annual Research Report
神経投射構造の導入による脳波の長距離同期メカニズムの解明
Publicly Offered Research
| Project Area | The study on the neural dynamics for understanding communication in terms of complex hetero systems |
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| Project/Area Number |
24120714
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| Research Institution | Future University-Hakodate |
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Principal Investigator |
佐藤 直行 公立はこだて未来大学, システム情報科学部, 准教授 (70312668)
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| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2014-03-31
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| Keywords | 脳波 / 数理モデル / 神経投射構造 / リズム同期 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
認知機能と関連して現れる脳波の長距離同期現象は、脳領野間の情報伝達メカニズムの理解にとって重要な現象であるが、脳波は数百万ヶものニューロンの集団電位であり、長距離の情報伝達の実態を知るためには、選択的な情報を担う個々のニューロン活動と脳波の関係を明らかにする必要がある。本研究では、領野間ニューロン投射に空間構造を仮定することでニューロン活動と脳波とを関連づけ、両者の関係を計算機シミュレーションにより検討した。結果として、トポグラフィカルな投射構造に拡大・縮小の構造を加えることで、拡散的な結合では得られないような多様な投射経路を構成しうることを示した。また、このような複雑な投射構造では、脳波同期は起こりづらく、ニューロン活動と脳波の関連を見出すのが難しいことがわかった。この結果は、多様な投射経路を含む多領野回路で長距離同期を得るためには、何らかの大域的な修飾メカニズムが重要であることを示唆する。以上は長距離同期メカニズム解明の足がかりとして重要な結果である。
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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
本研究の目的は、ニューロンの領野間投射にある一定の空間構造を導入することで、各領野におけるニューロン群の反応選択性を設計し、ニューロン活動と脳波を関連づけることであり、研究目的は部分的に達成されたと考える。投射構造にパイこね変換に類した詳細な空間構造を導入した数理モデルの報告はこれまでなく、本研究で初めてそのような投射構造と個々ニューロンの差別化の関連を計算機シミュレーションにより示したことは、当初の目的に沿った意義がある。また、そのような投射構造においては集団電位の同期は起こりづらいことも明らかになりつつある。この結果は、投射構造、ニューロン活動の空間パターン、脳波長距離同期の関連をさらに解析する足掛かりとしての意義がある。一方、投射の空間構造としてニューロンの反応選択性を設計する手法ついては、いくつかの手がかりは得られているものの、未だ十分な方法を見いだせておらず、今後の課題である。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成25度は、実際の脳領野間の投射構造をもとにした全脳領野回路において、記憶貯蔵・想起の機能を部分的に取り入れた部分的機能モデルを構築する。機能モデルの構築のためには空間投射構造だけでなく、領野間を選択的に連動させるためのメカニズムが必要であり、そのメカニズムとして、脳波の各周波数帯ダイナミクスの相互作用を仮定する。認知課題として、領野間の連動に関わる好例である物体情報―空間情報の連想記憶を扱うようモデルを構築し、空間投射構造が担う機能的役割を計算機シミュレーションにより検討する。さらに、数理モデルで得られる各周波数の脳波の関連と、実際の認知課題で現れる脳波の性質を比較し、モデルの生理学的な妥当性を評価する。
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Research Products
(3 results)
