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ニューロンオペラントコンディショニングを用いた細胞集団活動の適応的変化の数理基盤

研究課題

研究課題/領域番号 16K01966
研究種目

基盤研究(C)

配分区分基金
応募区分一般
研究分野 脳計測科学
研究機関京都産業大学

研究代表者

伊藤 浩之  京都産業大学, 情報理工学部, 教授 (80201929)

研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2020-03-31
研究課題ステータス 完了 (2019年度)
配分額 *注記
4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)
2018年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2017年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
2016年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
キーワードブレイン・マシン・インタフェース / ニューロン・オペラント・コンディショニング / 多細胞活動記録 / 視覚皮質 / 多細胞データ / 発火数相関 / デコーディング / 内因性多様体 / ニューラルオペラントコンディショニング / ブレインマシンインタフェース / 多次元ガウスモデル / ディコーディング / ニューロンオペラントコンディショニング / BMI / 細胞集団 / バイオフィードバック
研究成果の概要

皮質活動における可塑性や学習においては、外部からのマクロな拘束(報酬など)に対してミクロな細胞集団の活動が適応的に変化する現象が普遍的に存在する。この問題の実験的探究を目指して、覚醒ネコの視覚皮質から記録される細胞集団活動をターゲットとしたNeuron Operant Conditioning実験のシステム構築を行った。また、この実験研究の基盤となる複数細胞活動の同時記録技術と多細胞活動からの情報デコーディングのための統計解析の開発を行った。

研究成果の学術的意義や社会的意義

皮質活動における可塑性や学習において、ミクロな神経ネットワークレベルにおいて細胞集団がどのような原理でマクロな拘束(報酬など)との因果関係を捉えて、適応的な変化を生じるのかは根源的な問題である。本研究で構築を行ったNeuron Operant Conditioning実験は脳の適応現象の原理探求において最適な実験系である。今回完成した実験系を用いて本格的なNeuron Operant Conditioning実験を開始することで脳の適応現象の解明が進むことが期待される。この適応原理の理解は、脳疾患や脳損傷患者に対して脳と外界との相互作用を用いたバイオフィードバック治療に貢献すると考える。

報告書

(5件)
  • 2019 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2018 実施状況報告書
  • 2017 実施状況報告書
  • 2016 実施状況報告書
  • 研究成果

    (18件)

すべて 2020 2019 2018 2017 2016

すべて 雑誌論文 (6件) (うち査読あり 3件、 オープンアクセス 2件、 謝辞記載あり 1件) 学会発表 (12件) (うち国際学会 4件、 招待講演 2件)

  • [雑誌論文] Self-reorganization of neuronal activation patterns in the cortex under brain-machine interface and neural operant conditioning2020

    • 著者名/発表者名
      H.Ito, S.Fujiki, Y.Mori, K.Kansaku
    • 雑誌名

      Neuroscience Research

      巻: - ページ: 23-28

    • DOI

      10.1016/j.neures.2020.03.008

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] 認知課題における視線情報がミラーニューロンシステムに及ぼす影響2020

    • 著者名/発表者名
      物部太夢、伊藤浩之
    • 雑誌名

      電子情報通信学会信学技報 IEICE Technical Report

      巻: NC2019-83 ページ: 11-16

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [雑誌論文] Assessing the impacts of correlated variability with dissociated timescales2019

    • 著者名/発表者名
      T.Takahashi, Y.Maruyama, H.Ito and K.Miura
    • 雑誌名

      eNeuro

      巻: 6, 0395-18 号: 1 ページ: 1-16

    • DOI

      10.1523/eneuro.0395-18.2019

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] ネコ視覚皮質での多細胞活動を用いた刺激方位推定 -発火数相関の効果-2019

    • 著者名/発表者名
      幸野怜歩、森 理也、伊藤浩之
    • 雑誌名

      電子情報通信学会信学技報

      巻: NC2018-76 ページ: 175-180

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [雑誌論文] 非線形物理学からみたニューラルネットワークの学習2018

    • 著者名/発表者名
      伊藤浩之、青柳富誌生
    • 雑誌名

      学会誌「人工知能」

      巻: 第33巻 ページ: 403-411

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [雑誌論文] Design of multielectrode arrays for uniform sampling of differently orientations of tuned unit populations in the cat visual cortex2017

    • 著者名/発表者名
      Yoshiko Maruyama and Hiroyuki Ito
    • 雑誌名

      Neuroscience Research

      巻: 印刷中 ページ: 51-63

    • DOI

      10.1016/j.neures.2017.04.004

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書 2016 実施状況報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [学会発表] Decoding of stimulus orientations by neuron populations in Cat visual cortex -Contribution of spike count correlation-2020

    • 著者名/発表者名
      H.Ito, Y.Mori
    • 学会等名
      The 6th CiNet Conference: Brain-Machine Interface -Medical Engineering based on Neuroscience
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 認知課題における視線情報がミラーニューロンシステムに及ぼす影響2020

    • 著者名/発表者名
      物部太夢、伊藤浩之
    • 学会等名
      電子情報通信学会NC研究会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Development of multi-tetrode array with integrated miniature manipulator derive2019

    • 著者名/発表者名
      Y.Mori, H.Ito
    • 学会等名
      42th Annual meeting of Japan Society of Neuroscience
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Decoding of stimulus orientations by neuron populations in Cat visual cortex -Contribution of spike count correlation-2019

    • 著者名/発表者名
      H.Ito, R.Kohno, Y.Maruyama, Y.Mori
    • 学会等名
      42th Annual meeting of Japan Society of Neuroscience
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] ネコ視覚皮質での多細胞活動を用いた刺激方位推定 -発火数相関の効果-2019

    • 著者名/発表者名
      幸野怜歩、森 理也、伊藤浩之
    • 学会等名
      電子情報通信学会NC研究会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] Assessing the impacts of correlated V1 activities with different mechanisms2018

    • 著者名/発表者名
      T.Takahashi, Y.Maruyama, H.Ito and K.Miura
    • 学会等名
      Society for Neuroscience 2018 Annual meeting
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] From Heart to Brain -Exploring Causality in Brain by Brain-Machine Interface2018

    • 著者名/発表者名
      H.Ito
    • 学会等名
      Leon Glass and Michael Mackey Diamond Symposium: Nonlinear Mathematics in Medicine and Biology
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] ネコ視覚皮質での多細胞活動を用いた刺激方位推定 -発火数相関の効果-2018

    • 著者名/発表者名
      幸野怜歩、森 理也、伊藤浩之
    • 学会等名
      視覚科学フォーフラム2018 第22回研究会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] CNNを用いた多チャンネル脳波データからの視覚刺激弁別2018

    • 著者名/発表者名
      物部太夢、伊藤浩之
    • 学会等名
      電子情報通信学会NC研究会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] Assessing the impacts of correlated V1 activities with different mechanisms2017

    • 著者名/発表者名
      T.Takahashi, Y.Maruyama, H.Ito, K.Miura
    • 学会等名
      40th Annual meeting of Japan Society of Neuroscience
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] What factors influence homogeneous samplings of orientation tuned cells in the cat primary visual cortex?2017

    • 著者名/発表者名
      Y.Maruyama, H.Ito
    • 学会等名
      40th Annual meeting of Japan Society of Neuroscience
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] Non-stationary and endogenous dynamics of synchronous oscillatory spike activities in the Cat lateral geniculate nucleus2016

    • 著者名/発表者名
      Hiroyuki Ito
    • 学会等名
      Mini-symposium of HFO and Oscillology
    • 発表場所
      京都大学病院芝蘭会館(京都府京都市左京区)
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演

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公開日: 2016-04-21   更新日: 2021-02-19  

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