Brain information dynamics underlying multi-area interconnectivity and parallel processing

• Project Area: Brain information dynamics underlying multi-area interconnectivity and parallel processing
• Project/Area Number: 17H06308
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Complex systems
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 尾藤 晴彦 東京大学, 大学院医学系研究科(医学部), 教授 (00291964)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 松崎 政紀 東京大学, 大学院医学系研究科(医学部), 教授 (50353438) ; 喜多村 和郎 山梨大学, 大学院総合研究部, 教授 (60423159) ; 川口 泰雄 玉川大学, 脳科学研究所, 研究員 (40169694) ; 石井 信 京都大学, 情報学研究科, 教授 (90294280)
• Project Period (FY): 2017-06-30 – 2022-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2021)
• Budget Amount: ¥322,270,000 (Direct Cost: ¥247,900,000、Indirect Cost: ¥74,370,000); Fiscal Year 2021: ¥48,360,000 (Direct Cost: ¥37,200,000、Indirect Cost: ¥11,160,000); Fiscal Year 2020: ¥48,360,000 (Direct Cost: ¥37,200,000、Indirect Cost: ¥11,160,000); Fiscal Year 2019: ¥48,360,000 (Direct Cost: ¥37,200,000、Indirect Cost: ¥11,160,000); Fiscal Year 2018: ¥47,840,000 (Direct Cost: ¥36,800,000、Indirect Cost: ¥11,040,000); Fiscal Year 2017: ¥129,350,000 (Direct Cost: ¥99,500,000、Indirect Cost: ¥29,850,000)
• Keywords: 神経科学 / 情報工学 / 脳・神経 / 情報後学

Outline of Annual Research Achievements

「脳情報動態」の実体を、先端的計測操作技術により解明・再現し、記憶・予測・判断に基づく行動原理を明らかにすることは、今日の神経科学・情報科学の中心課題である。本研究領域の総括班研究の下では、最も高品質なデータ取得・緻密な解析・モデル化を実現することにより、未開拓の脳型情報処理機構を解読していく計画・公募研究を束ねるフレームワークを実現するとともに、国際活動支援を通じ、脳情報動態学を確立する新たな国際研究コミュニティを構築する。
平成31年度～令和元年度には、計画班員と第1期公募班員の間の連携を一層推進するための方策を充実させた。具体的には、計画班員間の共著発表の推進（Inoue et al. Cell 2019; Tsutsumi et al. eLife 2019）を実現させ、2回の領域会議を開催による各種データ解析ノウハウの拡散と共同研究機会の創出に務めた。さらに、総括班の下にある各種委員会により、脳神経科学における融合領域の開拓、情報科学と神経科学の融合に資する各種学会・研究会・集会・シンポジウムへの共催・協賛・積極的参加を進めた。多くの若手研究者の発表支援・海外滞在支援など進めた。加えて、「高精度のデータ取得」「大量データ解析に基づくモデル推定」「脳情報の再現」に向けた協働を一層本格化させた。また「脳情報動態学」研究の重要性を対外的にアピールし、脳情報動態学の国際展開を主導していくため、海外学会において関連シンポジウムなどを企画して推進した。これらを通じ、「脳情報動態学」の国内外への発信を高め、次世代の国際研究フレームワークの醸成にも努めた。
これらの成果に基づき、中間評価におけるA判定を得ることとなった。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

脳情報動態学の推進に資する共同研究や、脳情報動態学の国際的展開も着実に進展している。

Strategy for Future Research Activity

徒にデータ駆動型のビッグサイエンスに陥ることなく、１）脳内の情報フローを規定する局所細胞構築に関する適切なモデル設定、２）脳領域間ネットワークダイナミクスの高分解能記録・操作、３）閉ループ制御をも視野に入れたモデル検証・情報処理理論、を包含する新たな分野横断型研究領域を創出し、脳情報動態の生命情報工学的構造を解明する新しい学問的基盤「脳情報動態学」を計画通りに推進していく。また、中間評価におけるコメントや、海外アドバイザーなどの意見を合わせ、班内研究協働の実を一層高めていく。

Research Products

• [Int'l Joint Research] Stanford University(米国)
• [Int'l Joint Research] Stanford University(米国)
• [Journal Article] Modular organization of cerebellar climbing fiber inputs during goal-directed behavior. (2019)
  • Author(s): Tsutsumi S, Hidaka N, Isomura Y, Matsuzaki M, Sakimura K, Kano M, Kitamura K.
  • Journal Title: Elife. Volume: 8
  • DOI: 10.7554/elife.47021
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Rational engineering of XCaMPs, a multicolor GECI suite for in vivo imaging of complex brain circuit dynamics. (2019)
  • Author(s): Inoue M, Takeuchi A, Manita S, Horigane S-i, Sakamoto M, Kawakami R, Yamaguchi K, Otomo K, Yokoyama H, Kim R, Yokoyama T, Takemoto-Kimura S, Abe M, Okamura M, Kondo Y, Quirin S, Ramakrishnan C, Imamura T, Sakimura K, Nemoto T, Kano M, Fujii H, Deisseroth K, Kitamura K, Bito H.
  • Journal Title: Cell Volume: 177 Issue: 5 Pages: 1346-1360
  • DOI: 10.1016/j.cell.2019.04.007
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] Multiplex Imaging of Neural Activity and Signaling Dynamics. (2019)
  • Author(s): Bito H
  • Organizer: 10th IBRO World Congress 2019
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Functional connectivity between the neocortex and the cerebellum (2019)
  • Author(s): Kitamura K
  • Organizer: 10th IBRO World Congress 2019
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Arc-haeology of long-term memory (2019)
  • Author(s): Bito H
  • Organizer: UK Dementia Research Institute Synapse Symposium
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Multiplex imaging of neural activity and signaling dynamics (2019)
  • Author(s): Bito H
  • Organizer: Cajal Advanced Neuroscience Training Programme 2019
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Multiplex imaging of neural activity and signaling dynamics. (2018)
  • Author(s): Haruhiko Bito
  • Organizer: IDG/McGovern Institute for Brain Research Seminar at Peking University
  • Invited
• [Presentation] Multiplex imaging of neural activity and signaling dynamics (2018)
  • Author(s): Haruhiko Bito, Masatoshi Inoue, Masayuki Sakamoto, Hajime Fujii
  • Organizer: 18th World Congress of Basic and Clinical Pharmacology (WCP2018)
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Towards multiplex imaging of neural activity and signaling dynamics (2018)
  • Author(s): Haruhiko Bito
  • Organizer: New York University Neuroscience Institute Lecture
  • Invited
• [Presentation] Multiplex imaging of neural activity and signaling dynamics. (2018)
  • Author(s): Bito H.
  • Organizer: Neuroscience, Physiology and Pharmacology Seminar Series, Cruciform LT2, Univeriity College London, London UK,
  • Invited
• [Presentation] CREB-Arc signaling in long-term memory formation. (2017)
  • Author(s): Bito H.
  • Organizer: Department of Neuroscience Seminar, Karolinska Institutet, Stockholm, Sweden.
  • Invited
• [Remarks] 脳情報動態を規定する多領野連関と並列処理
  • URL: http://brainfodynamics.umin.jp/
• [Remarks] 文部科学省 新学術領域研究 脳情報動態を規定する多領野連関と並列処理（脳情報動態）
  • URL: http://brainfodynamics.umin.jp/
• [Funded Workshop] Brain and Mind Mechanism 19th Winter Workshop "Cognitive development and its disorders : From the viewpoint of predictive coding" (2019)
• [Funded Workshop] Systems Neuroscience Spring School 2019 "Statics and Dynamics of Neural Systems" (2019)
• [Funded Workshop] Symposium "Transformative technologies at the forefront of brain research” at the 18th World Congress of Basic and Clinical Pharmacology (WCP2018) (2018)
• [Funded Workshop] Joint Symposium of the 10th Optogenetics Research Conference and the 2nd International Symposium on Brain Information Dynamics 2018 (2018)
• [Funded Workshop] Kyoto Prize Workshop "Causal Approaches to Brain Functions through Optogenetics and Beyond (2018)
• [Funded Workshop] International Symposium on Brain Information Dynamics 2018“Toward understanding multi-area interconnectivity in the brain” (2018)