皮質神経回路のスパイク時系列から読み解く新しい情報処理原理

• 研究課題/領域番号: 22700323
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 生体生命情報学
• 研究機関: 独立行政法人理化学研究所
• 研究代表者: 坪 泰宏 独立行政法人理化学研究所, 脳回路機能理論研究チーム, 研究員 (40384721)
• 研究期間 (年度): 2010 – 2012
• 研究課題ステータス: 完了 (2012年度)
• 配分額: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円); 2012年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円); 2011年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円); 2010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: 大脳皮質 / 局所回路 / 情報処理 / スパイク時系列 / 情報理論 / 運動野 / 神経細胞モデル / 確率過程 / ラット運動野

研究概要

大脳皮質神経細胞から観測される非常に不規則なスパイク信号時系列が,情報処理においてどのような意味を持つのかについて,スパイク信号時系列に共通する数理構造(スパイク間隔定常分布の共通性)を解析する事を通して考察した.本課題に先立ち提案していた条件付エントロピー最小化仮説を発展させた制約付エントロピー最大化仮説を提案し,さらにこの最大化仮説をより現実的な神経活動に整合するように理論の拡張を行った.

研究成果

• [雑誌論文] Neural dynamics and information representation in microcircuits of motor cortex. (2013)
  • 著者名/発表者名: Yasuhiro Tsubo, Yoshikazu Isomura, Tomoki Fukai
  • 雑誌名: Frontiers in Neural Circuits 巻: 7 ページ: 1-10
  • DOI: 10.3389/fncir.2013.00085
  • 査読あり
• [雑誌論文] Passage-time coding with a timing kernel inferred from irregular cortical spike sequences. (2013)
  • 著者名/発表者名: Yasuhiro Tsubo, Yoshikazu Isomura, Tomoki Fukai
  • 雑誌名: Journal of Statistical Mechanics: Theory and Experiment 巻: 2013 号: 03 ページ: P03004-P03004
  • DOI: 10.1088/1742-5468/2013/03/p03004
  • 査読あり
• [雑誌論文] Optimal spike-based communication in excitable networks with strong-sparse and weak-dense links. (2012)
  • 著者名/発表者名: Jun-Nosuke Teramae, Yasuhiro Tsubo, Tomoki Fukai
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 2 号: 1 ページ: 485-485
  • DOI: 10.1038/srep00485
  • 査読あり
• [雑誌論文] Power-law inter-spike interval distributions infer a conditional maximization of entropy in cortical neurons (2012)
  • 著者名/発表者名: Tsubo Y, et al
  • 雑誌名: PLoS Comput.Biol. 巻: 8 号: 4 ページ: e1002461-e1002461
  • DOI: 10.1371/journal.pcbi.1002461
  • 査読あり
• [雑誌論文] Power-law inter-spike interval distributions infer a conditional maximization of entropy in cortical neurons (2012)
  • 著者名/発表者名: Yasuhiro Tsubo, et al
  • 雑誌名: PLoS Computational Biology 巻: (In press)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Javaによる活動電位のシミュレーション (2011)
  • 著者名/発表者名: 坪泰宏, ら
  • 雑誌名: 日本大学医学部一般教育研究紀要 巻: 39 ページ: 13-31
• [雑誌論文] Estimating time-varying input signals and ion channel states from a single voltage trace of a neuron (2011)
  • 著者名/発表者名: Ryota Kobayashi, et al
  • 雑誌名: Advances in Neural Information Processing Systems 巻: 24 ページ: 181-181
  • 査読あり
• [雑誌論文] Bayesian estimation of phase response curves (2010)
  • 著者名/発表者名: Ken Nakae, et al.
  • 雑誌名: Neural Networks 巻: 23 ページ: 752-763
  • 査読あり
• [学会発表] 経過時間コーディングにおける発火率エントロピー最大化 (2013)
  • 著者名/発表者名: 坪 泰宏 ら
  • 学会等名: 日本物理学会第68回年次大会
  • 発表場所: 広島大学東広島キャンパス
• [学会発表] Passage-time coding inferred from power-law cortical spike sequences. (2012)
  • 著者名/発表者名: Yasuhiro Tsubo and Tomoki Fukai
  • 学会等名: Neuroscience 2012, SFN 42nd Annual Meeting of the Society for Neuroscience
  • 発表場所: Ernest N Morial Convention Center,New Orleans, USA
  • 年月日: 2012-10-16
• [学会発表] Passage-time coding with optimized firing-rate kernel inferred from irregular cortical spike sequences. (2012)
  • 著者名/発表者名: Yasuhiro Tsubo and Tomoki Fukai
  • 学会等名: The 35th Annual meeting of the Japanese Neuroscience Society
  • 発表場所: Nagoya Congress Center,Nagoya, Aich
  • 年月日: 2012-09-21
• [学会発表] Passage-time coding with optimized firing-rate kernel inferred from irregular cortical spike sequences (2012)
  • 著者名/発表者名: Yasuhiro Tsubo et al.
  • 学会等名: The 35th Annual meeting of the Japanese Neuroscience Society
  • 発表場所: Nagoya Congress Center
• [学会発表] 制約付エントロピー最大化に基づく脳型パルス間隔通信 (2012)
  • 著者名/発表者名: 坪 泰宏 ら
  • 学会等名: 電子情報通信学会NetSci/CCS研究会合同ワークショップ
  • 発表場所: 北海道大学
• [学会発表] Non-Gaussian fluctuation of macroscopic observable infers network topology of oscillators. (2011)
  • 著者名/発表者名: Yasuhiro Tsubo and Tomoki Fukai
  • 学会等名: The 21st Annual Conference of the Japanese Neural Network Society
  • 発表場所: OIST Seaside House,Onna, Okinawa
  • 年月日: 2011-12-16
• [学会発表] Non-Gaussian fluctuation of macroscopic observable infers network topology of oscillators (2011)
  • 著者名/発表者名: 坪泰宏, 深井朋樹
  • 学会等名: 日本神経回路学会
  • 発表場所: OIST, (Onna, Okinawa)
  • 年月日: 2011-12-16
• [学会発表] Lognormal sparse connectivity generates intrinsic noise optimal for information processing in cortical networks (2011)
  • 著者名/発表者名: Jun-nosuke Teramae,Yasuhiro Tsubo and Tomoki Fukai
  • 学会等名: The 34th Annual meeting of the Japanese Neuroscience Society
  • 発表場所: Pacifico Yokohama,Yokohama, Kanagawa
  • 年月日: 2011-09-17
• [学会発表] シナプス結合の対数正規分布則は最適なノイズを生成し皮質の信号伝達を最適化する (2011)
  • 著者名/発表者名: 寺前順之介, ら
  • 学会等名: 第34回日本神経科学大会
  • 発表場所: パシフィコ横浜(横浜)
  • 年月日: 2011-09-17
• [学会発表] ラット運動野神経活動から示唆される運動タイミングに関連したバランスシナプス入力 (2011)
  • 著者名/発表者名: 坪泰宏, ら
  • 学会等名: 第34回日本神経科学大会
  • 発表場所: パシフィコ横浜(横浜)
  • 年月日: 2011-09-16
• [学会発表] Long-tailed statistics of corticocortical EPSPs : Origin and computational role of noise in cortical circuits (2011)
  • 著者名/発表者名: Jun-nosuke Teramae, et al
  • 学会等名: The 3rd International Conference on Cognitive Neurodynamics
  • 発表場所: Hilton Niseko Village, (Niseko, Hokkaido)
  • 年月日: 2011-06-12
• [学会発表] Estimating time-varying input signals and ion channel states from a single voltage trace of a neuron. (2011)
  • 著者名/発表者名: Ryota Kobayashi,Yasuhiro Tsubo,Petr Lansky and Shigeru Shinomoto
  • 学会等名: Advances in Neural Information Processing Systems (NIPS 2011)
  • 発表場所: Granada Congress and Exhibition Centre,Granada, Spain
• [学会発表] 神経細胞の動的膜特性の多様性 (2010)
  • 著者名/発表者名: 坪泰宏
  • 学会等名: 統計数理研究所「神経科学と統計科学の対話」研究会
  • 発表場所: 統計数理研究所(東京都立川市)
  • 年月日: 2010-12-19
• [学会発表] 不規則発火時系列に対する条件付エントロピー最小化原理 (2010)
  • 著者名/発表者名: 坪泰宏, ら
  • 学会等名: 第33回日本神経科学大会・第53回日本神経化学会大会・第20回日本神経回路学会大会合同大会
  • 発表場所: 神戸コンベンションセンター(神戸市)
  • 年月日: 2010-09-04
• [学会発表] 不規則神経発火時系列に対する条件付エントロピー最小化原理 (2010)
  • 著者名/発表者名: 坪泰宏
  • 学会等名: 統計数理研究所共同利用「確率測度の最適化と通信路容量」研究会
  • 発表場所: 統計数理研究所(東京都立川市)
  • 年月日: 2010-07-27
• [学会発表] Minimum conditional entropy principle for irregular firing of cortical neurons (2010)
  • 著者名/発表者名: Yasuhiro Tsubo
  • 学会等名: Workshop : Fresh Perspectives of Computation in Neuronal Systems
  • 発表場所: 生理学研究所(愛知県岡崎市)
  • 年月日: 2010-06-03
• [備考] (1)坪 泰宏,寺前 順之介.実施報告 「2012年度時限研究会「次世代情報処理における揺らぎと確率」研究会」 日本神経回路学会誌 19 (3) 153-155 (Sep. 2012)
• [備考] (2)坪 泰宏,招待講演「皮質神経細胞の不規則発火時系列が示唆する情報原理」脳科学若手の会第8回談話会「脳科学理論と実験の融合」(東京大学,東京)2012 年8 月4日
• [備考] (3)坪 泰宏,「神経細胞の多様な動的特性とその機能的役割」第1回ヘテロ・ニューロアナリシス研究会(仙台国際センター,仙台)2012 年7月24 日
• [備考] (4)坪 泰宏,「神経細胞における発火率分布の最適化」統計数理研究所共同利用「確率測度の最適化と通信路容量」研究会(統計数理研究所,立川・東京)2012 年 3 月12日
• [備考] (5)坪 泰宏,「神経細胞の動的膜特性の多様性」統計数理研究所「神経科学と統計科学の対話」研究会(統計数理研究所,立川・東京)2010年12月19日
• [備考]
  • URL: http://nct.brain.riken.jp/~tsubo/
• [備考]
  • URL: http://nct.brain.riken.jp/~tsubo/research.html