2014 Fiscal Year Annual Research Report
大規模神経活動イメージングによる皮質コラムの階層型情報変換機構の解明
Publicly Offered Research
| Project Area | Initiative for High-Dimensional Data-Driven Science through Deepening of Sparse Modeling |
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| Project/Area Number |
26120532
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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 / 二光子顕微鏡 / 識別器 / デコーディング / スパース / 頭頂葉 / 神経科学 / 脳科学 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
マウスの音源定位課題を実施し，頭頂葉・二次視覚野の皮質1-5層の神経活動を，二光子顕微鏡走査法で計測した．二光子顕微鏡での神経活動計測のために，マウス頭部を固定し，マウスを顕微鏡下に設置した．12個のスピーカをマウス周囲に設置し，仮想音環境を作成した．音源定位課題で，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．仮想環境で，音源からの音刺激を再現するために，マウスの歩行運動に応じて，刺激用スピーカ・音圧を変更した．
本研究は，音源定位課題中の8匹のマウスから，神経活動を計測した．同計測では，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，頭頂葉・二次視覚野に打ち込んだ．二光子顕微鏡走査法で，皮質1，2，3，5層の細胞から，神経活動を計測した．
これまでに，皮質2，3，5層の神経活動を解析した．頭頂葉の皮質2，3，5層では，それぞれ，8371，7108，4859個の細胞から，神経活動を計測した．一方，二次視覚野では，7788，7005，5900個の細胞の活動を計測した．合計41031細胞の超多次元データを取得した．
皮質2，3，5層の神経細胞の活動は，音源までの距離に相関した．そこで，L1正則化の線形回帰 (least absolute shrinkage and selection operator: LASSO) を用いて，神経細胞群の活動から，音源までの距離を推定 (デコード) した．また，LASSOで，同推定に寄与する神経細胞を，スパースに抽出できた．今後，神経活動の流れを可視化するために，スパース性を持つ因果分析を実施する．
なお，これまでの神経活動計測はすべて，皮質各層の神経活動を別々に計測した．複数層の神経活動を同時に計測し，皮質間の情報処理を調べるために，ピエゾアクチュエータを購入した．同装置のセットアップは，現在実施している．
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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
マウスの音源定位課題を実施し，皮質各層から神経活動を解析できた．また，各層の神経細胞群から，LASSOを用いて，音源までの距離に寄与する細胞を抽出できた．この解析結果は，国内外の学会で発表できた．
皮質で，複数層の神経活動を多細胞同時計測できるピエゾアクチュエータを購入した．ただし，セットアップは完了していない．
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| Strategy for Future Research Activity |
ピエゾアクチュエータのセットアップを完了し，皮質の複数層の細胞で，神経活動を多数同時計測する．この実験と同時に，スパース性を持つ因果分析を開発し，神経活動に適用する．また，新学術領域内での議論を加速し，新規の解析手法開発につなげたい．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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