A Comprehensive Theoretical Survey on Functionalities and Properties of Adult Neurogenesis under the Influence of Slow Oscillations

• 研究課題/領域番号: 19K16885
• 研究種目: 若手研究
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 小区分51010:基盤脳科学関連
• 研究機関: 沖縄科学技術大学院大学
• 研究代表者: Fung ChiChung 沖縄科学技術大学院大学, 神経情報・脳計算ユニット, 客員研究員 (80757203)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2024-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2023年度)
• 配分額: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円); 2022年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円); 2021年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円); 2020年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円); 2019年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円)
• キーワード: Hebbian Learning / Machine Learning / Adult Neurogenesis / Pattern Separation / Dentate Gyrus / Neuroscience / Unsupervised Learning / Synaptic Comeptition / Computational Model / Hebbian-like Plasticity / Memory Formation / Synaptic Plasticity / Detate Gyrus / Hippocampus / Slow Oscillation

研究開始時の研究の概要

Adult neurogenesis is a phenomenon that new neurons are generated in the dentate gyrus during adulthoods. Its impairment will suppress the formation of memory. However, how the maturation of those new cells can contribute to long-term memory formation is mostly unknown. In this study, the following issues will be addressed: (1) how the maturation schedule of new-born cells can alter the information processing performance; (2) the optimal learning strategy for information processing; and (3) how other brain regions (e.g., CA3) can make use of the optimal representation for different tasks.

研究成果の概要

シナプス競争は、重なり合う記憶パターンの識別を改善し、成人期に新生するニューロンが成熟ニューロンとシナプス結合を競うことで記憶の干渉を減少させます。シナプス競争に基づく学習ルールで訓練されたネットワークは、特に少ないサンプル数の場合に優れた性能を示し、バックプロパゲーションアルゴリズムよりも効果的です。計算モデルは、シナプス競争が情報処理において重要な役割を果たすことを示し、行動実験では神経新生が抑制されたマウスが記憶識別に困難を示しました。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究は、シナプス競争が記憶パターンの識別を改善し、成人期の神経新生が記憶の干渉を減少させるメカニズムを解明しました。シナプス競争に基づく学習ルールが少数の訓練サンプルで優れた性能を示し、情報処理における重要性を示す成果です。または、この研究は、アルツハイマー病などの記憶障害の新たな治療法の開発に寄与し、シナプス競争に基づく学習アルゴリズムはAIや機械学習の技術革新を促進する可能性があります。

研究成果

• [雑誌論文] Competition on presynaptic resources enhances the discrimination of interfering memories (2023)
  • 著者名/発表者名: Fung Chi Chung Alan、Fukai Tomoki
  • 雑誌名: PNAS Nexus 巻: 2 号: 6
  • DOI: 10.1093/pnasnexus/pgad161
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Astrocyte GluN2C NMDA receptors control basal synaptic strengths of hippocampal CA1 pyramidal neurons in the stratum radiatum (2021)
  • 著者名/発表者名: Chipman Peter H、Fung Chi Chung Alan、Pazo Fernandez Alejandra、Sawant Abhilash、Tedoldi Angelo、Kawai Atsushi、Ghimire Gautam Sunita、Kurosawa Mizuki、Abe Manabu、Sakimura Kenji、Fukai Tomoki、Goda Yukiko
  • 雑誌名: eLife 巻: 10 ページ: 1-32
  • DOI: 10.7554/elife.70818
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Orchestrated ensemble activities constitute a hippocampal memory engram (2019)
  • 著者名/発表者名: Khaled Ghandour, Noriaki Ohkawa, Chi Chung Alan Fung, Hirotaka Asai, Yoshito Saitoh, Takashi Takekawa, Reiko Okubo-Suzuki, Shingo Soya, Hirofumi Nishizono, Mina Matsuo, Makoto Osanai, Masaaki Sato, Masamichi Ohkura, Junichi Nakai, Yasunori Hayashi, Takeshi Sakurai, Takashi Kitamura, Tomoki Fukai & Kaoru Inokuchi
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 10 号: 1 ページ: 2637-2637
  • DOI: 10.1038/s41467-019-10683-2
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] Adult Neurogenesis Enhances Pattern Separation (2022)
  • 著者名/発表者名: Chi Chung Alan FUNG
  • 学会等名: The Second Neural Network New-Year Forum
  • 招待講演