| 研究領域 | 脳神経マルチセルラバイオコンピューティング |
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| 研究課題/領域番号 |
21H05164
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| 研究種目 |
学術変革領域研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 審査区分 |
学術変革領域研究区分(Ⅳ)
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
山本 英明 東北大学, 電気通信研究所, 准教授 (10552036)
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| 研究分担者 |
谷井 孝至 早稲田大学, 理工学術院, 教授 (20339708)
平野 愛弓 東北大学, 電気通信研究所, 教授 (80339241)
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| 研究期間 (年度) |
2021-08-23 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
31,850千円 (直接経費: 24,500千円、間接経費: 7,350千円)
2023年度: 9,100千円 (直接経費: 7,000千円、間接経費: 2,100千円)
2022年度: 8,190千円 (直接経費: 6,300千円、間接経費: 1,890千円)
2021年度: 14,560千円 (直接経費: 11,200千円、間接経費: 3,360千円)
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| キーワード | 多細胞バイオ計算 / 培養神経回路 / リザバーコンピューティング / マイクロ流体デバイス / 多点電極アレイ / 蛍光カルシウムイメージング / 自発活動 / オプトジェネティクス / 数理モデル / スパイキングニューラルネットワーク / カルシウムイメージング / マイクロ加工 / バイオインターフェース / レザバー計算 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本計画班では，マイクロ加工基板表面に形成した「人工神経細胞回路」(※接続様式が厳密に規定された培養神経回路)とその摂動解析系を基盤として，実神経細胞が構成する多細胞ネットワークの大自由度システムとしての動的特性と自己組織性をボトムアップに解析するための新しい実験系を創成する．そして，マウス大脳皮質視覚野(A03松井班)と運動野(A04正水班)の実細胞モデル系となる階層的フィードフォワード神経回路とリカレント型神経回路を再構成し，A01香取班との連携のもとで，時空間発火パターンの構造基盤を記述する数理モデルを構築する．
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| 研究成果の概要 |
本研究では，「人工神経細胞回路」(※接続様式が厳密に規定された培養神経回路)とその摂動解析系を開発し，実神経細胞が構成する多細胞ネットワークの大自由度システムとしての動的特性と自己組織性をボトムアップに解析することを目的とした．その結果，モジュール構造型人工神経細胞回路の摂動応答特性の計測とモデル化や，実細胞リザバーコンピューティングの概念実証などに成功した．
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
神経科学の基礎研究・物理リザバーコンピューティング・創薬支援技術などの多くの分野で期待が高まっている培養神経回路を対象として，その構造・機能をマイクロ加工基板やマイクロ流体デバイスを用いて制御する技術を開発した．これにより，生体脳に近い神経細胞ネットワークを培養系で再構築することが可能になった．
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