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時空間的脳神経活動パターンの翻訳手法の開発とそれを用いた脳神経系の帰納的研究

研究課題

研究課題/領域番号 16686014
研究種目

若手研究(A)

配分区分補助金
研究分野 知能機械学・機械システム
研究機関東京大学

研究代表者

高橋 宏知  東京大学, 先端化学技術研究センター, 講師 (90361518)

研究期間 (年度) 2004 – 2006
研究課題ステータス 完了 (2006年度)
配分額 *注記
30,030千円 (直接経費: 23,100千円、間接経費: 6,930千円)
2006年度: 6,630千円 (直接経費: 5,100千円、間接経費: 1,530千円)
2005年度: 7,800千円 (直接経費: 6,000千円、間接経費: 1,800千円)
2004年度: 15,600千円 (直接経費: 12,000千円、間接経費: 3,600千円)
キーワード脳 / 神経 / ブレイン・コンピュータ・インターフェース / 聴覚 / ニューラルネットワーク / 微小電極アレイ / 聴皮質 / 時空間的情報表現 / 機能構造 / 神経反応 / 可塑性 / 局所電場電位 / ラット
研究概要

本研究の目的は,第一に,大脳皮質の時空間的な神経活動に含まれる情報を翻訳する手法を開発することである.すなわち,多点計測した神経信号から,既知の情報を抽出できるシステム伝達関数の推定手法を提供する.第二に,このような神経活動の翻訳が,脳神経系をダイナミックなシステムとして捉える研究手法として有効であることを実証する.
時空間的な神経活動から神経情報処理機構を考察するために,ニューラルネットワークを用いた解析方法を提案した.同ネットワークでは,微小電極アレイを用いて多点同時計測した聴皮質の時空間的神経活動パターンを入力とし,それを誘発した音刺激の周波数の情報を教師情報として用いる.提案手法は,特定の中間層ニューロンの入出力関係を精査することで,神経情報処理機構を考察する.
リカレント型ニューラルネットワークは,フィードフォワード型ネットワークに比べて,汎化能力に長ける.この結果は,神経細胞群が,リカレント型ネットワークのように,過去の情報を記憶しながら,それに応じて活動パターンを時間的に変化させていることを示唆する.
学習したリカレント型ニューラルネットワークについて,各中間層ニューロンの情報処理の特徴と重みを調べたところ,特徴的な中間層ニューロンが現れた.これらの中間層ニューロンの入出力関係に注目したところ,周波数選択性は,すべての周波数帯域からの興奮性入力と低周波数帯域からの抑制性入力に依存していることが示唆された.このことは,従来の生理学的な知見を一致する.これらのことから,提案手法は,時空間的神経活動パターンから,情報処理機構の生理学的な特徴を抽出でき,解析手法として有望であると考える.

報告書

(3件)
  • 2006 実績報告書
  • 2005 実績報告書
  • 2004 実績報告書
  • 研究成果

    (18件)

すべて 2007 2006 2005 2004

すべて 雑誌論文 (16件) 図書 (2件)

  • [雑誌論文] Selective activation of distant nerve by surface electrode array2007

    • 著者名/発表者名
      Hirokazu Takahashi, Masayuki Nakao, Kimitaka Kaga
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on Biomedical Engineering 54・3

      ページ: 563-569

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] 聴皮質の時空間的神経活動の状況依存的な可塑性2007

    • 著者名/発表者名
      船水章大, 内原匡信, 神崎亮平, 高橋宏知
    • 雑誌名

      生体医工学 (印刷中)

    • NAID

      110006381533

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] Separation of subcortical component from cortical auditory evoked potential by independent component analysis2007

    • 著者名/発表者名
      Hirokazu Takahashi, Masayuki Nakao, Kimitaka Kaga
    • 雑誌名

      Proceedings of 28th Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society

      ページ: 2284-2287

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] Analysis of spatio-temporal cortical activity with artificial neural network2007

    • 著者名/発表者名
      Hirokazu Takahashi, Masanobu Uchihara, Ryo Yokota, Akihiro Funamizu, Ryohei Kanzaki
    • 雑誌名

      Proceedings of 3rd International IEEE EMBS Conference on Neural Engineering (印刷中)

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] Auditory cortical plasticity induced by intracortical microstimulation under pharmacological blockage of inhibitory synapses2006

    • 著者名/発表者名
      Ryo Yokota, Hirokazu Takahashi, Akihiro Funamizu, Masanobu Uchihara, Jun Suzurikawa, Ryohei Kanzaki
    • 雑誌名

      Proceedings of 28th Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society

      ページ: 4929-4932

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] Interfield differences in intensity and frequency representation of evoked potentials in rat auditory cortex2005

    • 著者名/発表者名
      Hirokazu TAKAHASHI, Masayuki NAKAO, Kimitaka KAGA
    • 雑誌名

      Hearing Research 210(1-2)

      ページ: 9-23

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Accessing ampli-tonotopic organization of rat auditory cortex by microstimulation of cochlear nucleus2005

    • 著者名/発表者名
      Hirokazu TAKAHASHI, Masayuki NAKAO, Kimitaka KAGA
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on Biomedical Engineering 52(7)

      ページ: 1333-1344

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Easy-to-prepare assembly array of tungsten microelectrodes2005

    • 著者名/発表者名
      Hirokazu TAKAHASHI, Masayuki NAKAO, Kimitaka KAGA
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on Biomedical Engineering 52(5)

      ページ: 952-956

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Reorganization of Auditory Cortex by Pairing and Anti-Pairing Intracortical Microstimulation2005

    • 著者名/発表者名
      Jun SUZURIKAWA, Kohei HISADA, Masayuki NAKAO, Kimitaka KAGA, Ryohei KANZAKI, Hirokazu TAKAHASHI
    • 雑誌名

      Proceedings of 2nd International IEEE EMBS Conference on Neural Engineering

      ページ: 594-597

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Exploring the Brain Vessel: Spreading Nano Wire Electrodes for Intravascular Neural Recording2005

    • 著者名/発表者名
      Hirobumi WATANABE, Hirokazu TAKAHASHI, Masayuki NAKAO, Kerry WALTON, Rodolfo R.LLINAS
    • 雑誌名

      Proceedings of the 20^<th> Annual ASPE Meeting 37

      ページ: 146-149

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Spatial and temporal strategy to analyze steady-state sound intensity in cortex2005

    • 著者名/発表者名
      H.Takahashi, M.Nakao, K.Kaga
    • 雑誌名

      NeuroReport 16・2

      ページ: 137-140

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Easy-to-prepare assembly array of tungsten microelectrodes2005

    • 著者名/発表者名
      H.Takahashi, J.Suzurikawa, M.Nakao, F.Mase, K.kaga
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on Biomedical Engineering (印刷中)

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Reorganization of Auditory Cortex by Pairing and Anti-Pairing Intracortical Microstimulation2005

    • 著者名/発表者名
      J.Suzurikawa, K.Hisada, M.Nakao, K.Kaga, R.Kanzaki, H.Takahashi
    • 雑誌名

      Proceedings of 2nd International IEEE EMBS Conference on Neural Engineering (印刷中)

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Cortical mapping of auditory-evoked offset responses in rats2004

    • 著者名/発表者名
      H.Takahashi, M.Nakao, K.Kaga
    • 雑誌名

      NeuroReport 15・10

      ページ: 1565-1569

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Distributed representation of sound intensity in the rat auditory cortex2004

    • 著者名/発表者名
      H.Takahashi, M.Nakao, K.Kaga
    • 雑誌名

      NeuroReport 15・13

      ページ: 2061-2065

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] 柔軟なシリコンゴム基板を有する刺入形タングステン微小電極アレイの開発2004

    • 著者名/発表者名
      硯川潤, 高橋宏知, 久田幸平, 中尾政之, 加我君孝
    • 雑誌名

      第19回生体・生理工学シンポジウム論文集

      ページ: 35-36

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [図書] 実際の設計 第6巻 技術を伝える2006

    • 著者名/発表者名
      畑村洋太郎編, 実際の設計研究会著
    • 総ページ数
      402
    • 出版者
      日刊工業
    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [図書] 実際の設計 第4巻 こう企画した2004

    • 著者名/発表者名
      実際の設計研究会
    • 総ページ数
      500
    • 出版者
      日刊工業
    • 関連する報告書
      2004 実績報告書

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公開日: 2004-04-01   更新日: 2016-04-21  

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