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多領域細胞神経活動から抽出された広域ダイナミクスによる探索行動の基盤解明

Research Project

Project/Area Number 20H03357
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

Allocation TypeSingle-year Grants
Section一般
Review Section Basic Section 46030:Function of nervous system-related
Research InstitutionTamagawa University

Principal Investigator

田中 康裕  玉川大学, 脳科学研究所, 准教授 (20533128)

Project Period (FY) 2020-04-01 – 2025-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2021)
Budget Amount *help
¥17,550,000 (Direct Cost: ¥13,500,000、Indirect Cost: ¥4,050,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,730,000 (Direct Cost: ¥2,100,000、Indirect Cost: ¥630,000)
Fiscal Year 2021: ¥2,730,000 (Direct Cost: ¥2,100,000、Indirect Cost: ¥630,000)
Fiscal Year 2020: ¥6,630,000 (Direct Cost: ¥5,100,000、Indirect Cost: ¥1,530,000)
Keywords探索行動 / 細胞外記録 / 機械学習 / 多領域多細胞
Outline of Research at the Start

本研究では、探索行動を行うラットの大脳皮質・線条体・小脳・視床・海馬・中脳などを始めとする主要な脳構造にわたりニューロピクセル電極を用いて記録し、機械学習によって多細胞神経活動の背後にあるダイナミクスを抽出する。それらのダイナミクス(以下、広域ダイナミクス)を行動と結び付け、行動の変化や個体差を広域ダイナミクスから説明する。安静下・麻酔下の動物を用いて技術開発を行い、次に仮想現実環境で探索行動を行う生体で広域ダイナミクスを明らかにし、探索行動の基盤を探る。

Outline of Annual Research Achievements

動物の知性が様々な形で現れる探索行動を支える神経基盤を探ることを目的として、仮想現実環境下で探索行動を行うラットの多領域多細胞の神経活動を記録し、その背後にあるダイナミクスを抽出し、神経活動ダイナミクスと動物行動やその背景にある計算論的パラメーターとの関係性を明らかにしようとしている。今年度は設備の導入及び、安静化・麻酔下の動物を用いての技術開発を行った。ニューロピクセル電極により安静化・麻酔下のラットを用い、大脳皮質をはじめとする複数の脳領域から同時記録を行い、さらにそれらのユニットの単離を行う系を確立した。また、スパイク列の時系列を、リカレントネットワークを用いたオートエンコーダーによりモデル化する手法を立ち上げて、既に記録されている時系列に適用して行動との関連性において既存手法を上回る成績を出すことを明らかにした。また、仮想現実環境の構築にも着手しており、購入可能な部材を駆使して、フローティングボールのセットアップ及び、その上でのラット、電極、報酬装置の固定などを、本年度に導入した3Dプリンターなども利用しながら進めている。さらにフローティングボールの動きを背景の動きに変換するプログラムのセットアップをすでに始めている。さらに、今後ニューロピクセル電極により得られるデータが膨大となることが考えられることから、LTO7に対応した磁気テープの導入、RAID6によるHDD並列化などにより、データストレージ環境を充実させた。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

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

Reason

ニューロピクセル電極による安静化・麻酔下での多領域活動記録計を確立したため。またリカレントネットワークによる解析手法を開発したため。

Strategy for Future Research Activity

今年度既に着手した仮想現実環境を完成させ、実際に探索行動を行うラットから多領域同時記録を行う。

Report

(1 results)
  • 2020 Annual Research Report

Research Products

(5 results)

All 2020

All Journal Article (1 results) (of which Peer Reviewed: 1 results,  Open Access: 1 results) Presentation (4 results)

  • [Journal Article] Structural dynamics and stability of corticocortical and thalamocortical axon terminals during motor learning2020

    • Author(s)
      Hasegawa Ryota、Ebina Teppei、Tanaka Yasuhiro R.、Kobayashi Kenta、Matsuzaki Masanori
    • Journal Title

      PLOS ONE

      Volume: 15

    • DOI

      10.1371/journal.pone.0234930

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] マウス前頭野における報酬関連活動の抽出:テンソル成分分析を用いた解析2020

    • Author(s)
      遠藤卓也、田中康裕、近藤将史、松崎政紀
    • Organizer
      第43回日本神経科学大会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] 複数の活動周波数を持つリカレントネットワークによる神経細胞集団ダイナミクスのモデル化2020

    • Author(s)
      的場涼太、松崎政紀、田中康裕
    • Organizer
      第43回日本神経科学大会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] 運動学習過程における皮質間・視床皮質間投射軸索終末構造のダイナミクスと安定化2020

    • Author(s)
      長谷川亮太、蝦名鉄平、田中康裕、小林憲太、松崎政紀
    • Organizer
      第43回日本神経科学大会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] 運動学習による一次運動野の入出力リモデリング2020

    • Author(s)
      田中康裕、正水芳人、田中康代、篠塚崇徳、松崎政紀
    • Organizer
      第126回日本解剖学会総会・全国学術集会、第98回日本生理学会合同大会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report

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Published: 2020-04-28   Modified: 2022-04-19  

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