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脳神経回路網における多重通信機構の生理学的実証

研究課題

研究課題/領域番号 17K20029
研究種目

挑戦的研究(萌芽)

配分区分基金
研究分野 応用情報学およびその関連分野
研究機関大阪大学

研究代表者

西谷 陽志  大阪大学, 医学系研究科, 特任研究員 (30613715)

研究期間 (年度) 2017-06-30 – 2021-03-31
研究課題ステータス 完了 (2020年度)
配分額 *注記
6,240千円 (直接経費: 4,800千円、間接経費: 1,440千円)
2019年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
2018年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
2017年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
キーワード脳内情報処理 / 培養神経細胞 / スパイク波 / 多重通信機構 / 学習効果 / 集大成 / 再現性 / 繰り返し刺激間隔 / 識別率向上効果 / 識別 / 学習効果への影響 / 繰り返し刺激 / 刺激応答 / 多重通信 / 学習機構 / 生理学的実証
研究成果の概要

本研究では、培養神経細胞回路網において、反復刺激に伴う学習効果と多重通信機構の関係解明に取り組んできた。周知の通り、脳は学習機構を持っており、例えば運動や楽器演奏などでは、反復練習により、技術が向上する。そこで培養神経回路網においても、反復刺激に伴う学習効果より、ある一定の経路にスパイク波が集約されて通信リンクが確立され、識別率の向上が予想される。この実証に向けて、ある特定の部位に一定間隔の反復刺激を与え、スパイク波の時空間パターン解析を行った。その結果、回路網の特定の部位において、識別率の向上が観測され、知能の学習効果の基本機構が示唆された。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究課題は、本申請者がこれまで培ってきた研究成果を結集し、未だ解明されていない、生体脳の学習機構の原理、ひいては知能の原理を脳内情報通信の視点から解明しようとする挑戦であった。その成果はBrain Machine Interface(BMI)、運動や楽器演奏などにおける効率的な訓練、認知症の予防科学などの基礎に資することができると考えられる。さらに将来的には、失われた脳機能の一部分を人工的に補助する、言わば「脳リハビリテーションシステム」の開発も夢ではなくなると考えられる。

報告書

(5件)
  • 2020 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2019 実施状況報告書
  • 2018 実施状況報告書
  • 2017 実施状況報告書
  • 研究成果

    (7件)

すべて 2020 2019 2018 2017

すべて 雑誌論文 (5件) (うち査読あり 5件、 オープンアクセス 4件) 学会発表 (2件) (うち国際学会 1件)

  • [雑誌論文] Multiplex signal transmission by spike waves (Part 2): In cultured neuronal networks2020

    • 著者名/発表者名
      Yoshi Nishitani
    • 雑誌名

      Current Trends in Neurology

      巻: 14 ページ: 35-44

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Leaning process for identifying communications by repetitive stimulation : Feasibility investigation in cultured neuronal network2019

    • 著者名/発表者名
      Yoshi Nishitani, Chie Hosokawa, Yuko Mizuno-Matsumoto, Tomomitsu Miyoshi, Shinichi Tamura
    • 雑誌名

      AIMS Neuroscience

      巻: 6(4) 号: 4 ページ: 240-249

    • DOI

      10.3934/neuroscience.2019.4.240

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Asynchronous multiplex communication channels in 2D neural network with fluctuating characteristics2018

    • 著者名/発表者名
      Shinichi Tamura, Yoshi Nishitani, Chie Hosokawa, Yuko Mizuno-Matsumoto
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on Neural Networks and Learning Systems

      巻: 99 号: 8 ページ: 1-10

    • DOI

      10.1109/tnnls.2018.2880565

    • 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] Effect of correlating adjacent neurons for identifying communications: Feasibility experiment in a cultured neuronal network2018

    • 著者名/発表者名
      Yoshi Nishitani, Chie Hosokawa, Yuko Mizuno-Matsumoto, Tomomitsu Miyoshi, Shinichi Tamura
    • 雑誌名

      AIMS Neuroscience

      巻: 5 号: 1 ページ: 13-31

    • DOI

      10.3934/neuroscience.2018.1.18

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Learning Times Required to Identify the Stimulated Position and Shortening of Propagation Path by Hebb’s Rule in Neural Network2017

    • 著者名/発表者名
      Shun Sakuma, Yuko Mizuno-Matsumoto, Yoshi Nishitani, Shinichi Tamura
    • 雑誌名

      AIMS Neuroscience

      巻: 4 ページ: 238-253

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Multiplex communication in neural network by asynchronous spike wave propagation2018

    • 著者名/発表者名
      Shinichi Tamura, Yoshi Nishitani, Chie Hosokawa, Tomomitsu Miyoshi, Yuko Mizuno-Matsumoto, Yen-Wei Chen
    • 学会等名
      FENS
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 神経回路網シミュレーションにおける刺激位置の識別に要する学習回数とHebb則による伝播経路の短縮2017

    • 著者名/発表者名
      佐久間 俊  西谷 陽志  水野(松本) 由子 田村 進一
    • 学会等名
      日本臨床神経生理学会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書

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公開日: 2017-07-21   更新日: 2022-01-27  

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