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超小規模回路網を用いた大脳皮質回路の計算論的機能解明

研究課題

研究課題/領域番号 25430028
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 神経生理学・神経科学一般
研究機関大阪大学

研究代表者

寺前 順之介  大阪大学, 情報科学研究科, 准教授 (50384722)

研究期間 (年度) 2013-04-01 – 2016-03-31
研究課題ステータス 完了 (2015年度)
配分額 *注記
5,330千円 (直接経費: 4,100千円、間接経費: 1,230千円)
2015年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2014年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円)
2013年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
キーワード大脳皮質 / ゆらぎ / ノイズ / 確率 / ネットワークモチーフ / スモールワールド / 脳 / 抑制性神経細胞 / 複雑ネットワーク / クラスター / 同期 / 受容野 / 局所回路 / 確率的推定 / 神経 / 不均一性 / 抑制 / フィードバック / ネットワーク / クラスタ構造
研究成果の概要

大脳皮質局所回路構造に関して、ネットワークモチーフとして知られる超小規模回路特性、特に強いシナプス結合で有意に観測されるクラスタ構造の性質と、その大脳皮質の神経活動への影響の解明に成功した。特に、大脳皮質の基礎的な計算原理の可能性が高い確率的な情報処理を実現する重要な要因と考えられる低頻度非同期不規則な自発発火活動とクラスタ構造との関連を明らかにすることに成功した。具体的には、クラスタ構造と持続的自発発火活動の共存には、抑制性シナプス結合強度の強い不均一性が重要であることを発見し、またクラスタ構造は互いに独立しておらず、大域的スモールワールド構造の一部として存在する可能性が高いことを発見した。

報告書

(4件)
  • 2015 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2014 実施状況報告書
  • 2013 実施状況報告書
  • 研究成果

    (37件)

すべて 2015 2014 その他

すべて 雑誌論文 (5件) (うち国際共著 1件、 査読あり 5件、 オープンアクセス 2件、 謝辞記載あり 4件) 学会発表 (31件) (うち国際学会 2件、 招待講演 19件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Synchronized Firing Induced by Correlated Bidirectional Couplings in a Neural Network Model for Spontaneous Activity2015

    • 著者名/発表者名
      Hisashi Kada, Jun-Nosuke Teramae, and Isao T. Tokuda
    • 雑誌名

      Journal of Signal Processing

      巻: 19 ページ: 107-110

    • NAID

      130005090470

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Brain-inspired communication technologies: Information networks with continuing internal dynamics and fluctuation2015

    • 著者名/発表者名
      J. Teramae, N. Wakamiya
    • 雑誌名

      IEICE Trans. Commun

      巻: E98 ページ: 153-159

    • NAID

      130004841603

    • 関連する報告書
      2014 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Computational Implications of Lognormally Distributed Synaptic Weights2014

    • 著者名/発表者名
      Jun-nosuke Teramae, Tomoki Fukai
    • 雑誌名

      Proceedings of the IEEE

      巻: 102 号: 4 ページ: 500-512

    • DOI

      10.1109/jproc.2014.2306254

    • 関連する報告書
      2013 実施状況報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Lessons from spontaneous neural noise genesis on neuromorphic engineering2014

    • 著者名/発表者名
      Tomoki Fukai, Jun-nosuke Teramae
    • 雑誌名

      Proceedings of the IEEE

      巻: 102 号: 4 ページ: 513-513

    • DOI

      10.1109/jproc.2014.2307019

    • 関連する報告書
      2013 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Dense neuron clustering explains connectivity statistics in cortical microcircuits2014

    • 著者名/発表者名
      Vladimir V Klinshov, Jun-nosuke Teramae, Vladimir I Nekorkin, Tomoki Fukai
    • 雑誌名

      PLoS One

      巻: 9 号: 4 ページ: 1-12

    • DOI

      10.1371/journal.pone.0094292

    • 関連する報告書
      2013 実施状況報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [学会発表] Fluctuation in the brain and a possible application to ICT2015

    • 著者名/発表者名
      Jun-nosuke Teramae, Naoki Wakamiya
    • 学会等名
      The Second International Workshop on Brain-Inspired Information Communication Technologies
    • 発表場所
      Columbia University (NY, USA)
    • 年月日
      2015-12-03
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 脳と学習の情報理論2015

    • 著者名/発表者名
      寺前順之介
    • 学会等名
      数理モデリング研究会
    • 発表場所
      大津(滋賀)
    • 年月日
      2015-11-29
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] 中枢神経系のネットワーク特性と情報処理2015

    • 著者名/発表者名
      寺前順之介
    • 学会等名
      国際高等研究所ネットワークの科学研究会
    • 発表場所
      熱海(静岡)
    • 年月日
      2015-10-01
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 揺らぎと非線形性による大脳皮質の確率的情報処理と学習則2015

    • 著者名/発表者名
      寺前順之介
    • 学会等名
      ランダム力学系理論とその応用
    • 発表場所
      数理解析研究所(京都)
    • 年月日
      2015-09-30
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Origin and functional roles of ongoing fluctuation in the brain2015

    • 著者名/発表者名
      寺前順之介
    • 学会等名
      22世紀創造のための数学
    • 発表場所
      アキバホール(東京)
    • 年月日
      2015-09-29
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Long-tailed distribution of synaptic strength reveals origin and functional roles of ongoing fluctuation in cortical circuit2015

    • 著者名/発表者名
      Jun-nosuke Teramae
    • 学会等名
      13TH INTERNATIONAL CONFERENCE OF NUMERICAL ANALYSIS AND APPLIED MATHEMATICS (ICNAAM 2015)
    • 発表場所
      Rhodes (Greece)
    • 年月日
      2015-09-24
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 大脳皮質自発揺らぎの回路構造と非線形ダイナミクス2015

    • 著者名/発表者名
      寺前順之介
    • 学会等名
      第28回回路とシステムワークショップ
    • 発表場所
      淡路島(兵庫)
    • 年月日
      2015-08-04
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 大脳皮質局所回路の結合不均一性と自発発火活動2015

    • 著者名/発表者名
      寺前順之介
    • 学会等名
      脳のセミナー
    • 発表場所
      京都大学(京都)
    • 年月日
      2015-04-19
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 神経システムにおける「むだ」と「あそび」:疎構造の多重性2015

    • 著者名/発表者名
      寺前順之介
    • 学会等名
      日本物理学会第70回年次大会
    • 発表場所
      早稲田大学(東京・新宿)
    • 年月日
      2015-03-22
    • 関連する報告書
      2014 実施状況報告書
  • [学会発表] 抑制性結合の不均一性による神経発火活動の脱同期と安定化2015

    • 著者名/発表者名
      嘉田久嗣,寺前順之介,徳田功
    • 学会等名
      日本物理学会第70回年次大会
    • 発表場所
      早稲田大学(東京・新宿)
    • 年月日
      2015-03-21
    • 関連する報告書
      2014 実施状況報告書
  • [学会発表] 神経細胞モデル集団の周波数応答2015

    • 著者名/発表者名
      梅原広明,寺前順之介,成瀬康
    • 学会等名
      日本物理学会第70回年次大会
    • 発表場所
      早稲田大学(東京・新宿)
    • 年月日
      2015-03-21
    • 関連する報告書
      2014 実施状況報告書
  • [学会発表] 発火ニューロンモデルから組むニューラルマス要素モデル2015

    • 著者名/発表者名
      梅原広明,寺前順之介,成瀬康
    • 学会等名
      電子情報通信学会ニューロコンピューティング研究会
    • 発表場所
      玉川大学(東京・町田)
    • 年月日
      2015-03-17
    • 関連する報告書
      2014 実施状況報告書
  • [学会発表] 複雑コミュニケーションサイエンスに向けた理論研究からのアプローチ2015

    • 著者名/発表者名
      寺前順之介
    • 学会等名
      電子情報通信学会総合大会,複雑コミュニケーションサイエンス
    • 発表場所
      立命館大学(滋賀・草津)
    • 年月日
      2015-03-11
    • 関連する報告書
      2014 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Stability of Asynchronous Firing Induced by Lognormally Distributed Inhibitory Connection2015

    • 著者名/発表者名
      Hisashi Kada, Jun-nosuke Teramae, Isao T. Tokuda
    • 学会等名
      RISP International Workshop on Nonlinear Circuits, Communications and Signal Processing (NCSP'15)
    • 発表場所
      Kuala Lumpur (Malaysia)
    • 年月日
      2015-03-01
    • 関連する報告書
      2014 実施状況報告書
  • [学会発表] Liquid State Machine with Heterogeneous Connections for Information Networks2014

    • 著者名/発表者名
      Kaku Yamaguchi, Jun-nosuke Teramae, Naoki Wakamiya
    • 学会等名
      International Symposium on Nonlinear Theory and its Applications (NOLTA 2014)
    • 発表場所
      Luzern (Switzerland)
    • 年月日
      2014-09-18
    • 関連する報告書
      2014 実施状況報告書
  • [学会発表] Intrinsic fluctuation in the cortical network and its application for neural computation2014

    • 著者名/発表者名
      Jun-nosuke Teramae
    • 学会等名
      International Symposium on Nonlinear Theory and its Applications (NOLTA 2014)
    • 発表場所
      Luzern (Switzerland)
    • 年月日
      2014-09-18
    • 関連する報告書
      2014 実施状況報告書
  • [学会発表] Origin and computational roles of intrinsic heterogeneity and spontaneous fluctuation in cortical networks2014

    • 著者名/発表者名
      Jun-nosuke Teramae
    • 学会等名
      AIMS Conference on Dynamical Systems, Differential Equations and Applications
    • 発表場所
      Madrid (Spain)
    • 年月日
      2014-07-08
    • 関連する報告書
      2014 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 大脳皮質の自発発火モデルにおける抑制性神経回路の役割2014

    • 著者名/発表者名
      嘉田久嗣,寺前順之介,徳田功
    • 学会等名
      第10回電子情報通信学会複雑コミュニケーションサイエンス時限研究会
    • 発表場所
      大阪大学(大阪・吹田)
    • 年月日
      2014-05-15
    • 関連する報告書
      2014 実施状況報告書
  • [学会発表] Optimal Spike-Based Communication with Internal Fluctuation in Cortical Networks

    • 著者名/発表者名
      Jun-nosuke Teramae
    • 学会等名
      International Symposium on Nonlinear Theory and its Applications
    • 発表場所
      Santa Fe, USA
    • 関連する報告書
      2013 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Origin and functional roles of spontaneous noise in the brain: Self-organized stochastic resonance and memory states

    • 著者名/発表者名
      Jun-nosuke Teramae
    • 学会等名
      Modeling Neural Activity: Statistics, Dynamical Systems, and Networks
    • 発表場所
      Lihue, USA
    • 関連する報告書
      2013 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Noise-Induced Order and Computation in the Brain

    • 著者名/発表者名
      Jun-nosuke Teramae
    • 学会等名
      Progress of Mathematical Studies in Neuroscience
    • 発表場所
      Hsinchu, Taiwan
    • 関連する報告書
      2013 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 脳情報通信におけるゆらぎの機能的役割

    • 著者名/発表者名
      寺前 順之介
    • 学会等名
      電子情報通信学会総合大会
    • 発表場所
      新潟大学
    • 関連する報告書
      2013 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 大脳皮質局所回路網におけるゆらぎと確率性の理論研究

    • 著者名/発表者名
      寺前 順之介
    • 学会等名
      視覚科学統合研究センターシンポジウム 「視覚情報処理の新展開-局所回路から認知へ」
    • 発表場所
      立命館大学
    • 関連する報告書
      2013 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 大脳皮質における揺らぎの起源と神経情報処理における機能

    • 著者名/発表者名
      寺前 順之介
    • 学会等名
      日本学術振興会 分子系の複合電子機能第181委員会
    • 発表場所
      国際高等研究所
    • 関連する報告書
      2013 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 神経活動と大規模システムにおける揺らぎの意義

    • 著者名/発表者名
      寺前 順之介
    • 学会等名
      ランダム力学系理論とその応用
    • 発表場所
      京都大学数理解析研究所
    • 関連する報告書
      2013 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 大脳皮質における自発揺らぎの理論的解明

    • 著者名/発表者名
      寺前 順之介
    • 学会等名
      視覚科学の統合的研究センターセミナー
    • 発表場所
      立命館大学
    • 関連する報告書
      2013 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 神経情報処理における自発揺らぎの起源と機能

    • 著者名/発表者名
      寺前 順之介
    • 学会等名
      日本時間生物学会シンポジウム「生物リズム現象の数理フロンティア」
    • 発表場所
      近畿大学
    • 関連する報告書
      2013 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 揺らぎをつくり活かす大脳皮質の情報処理メカニズム

    • 著者名/発表者名
      寺前 順之介
    • 学会等名
      高等研究所「脳をシステムとして理解する-神経回路の動作原理と機能創発-」
    • 発表場所
      早稲田大学
    • 関連する報告書
      2013 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 脳皮質自発発火活動と確率的記憶状態

    • 著者名/発表者名
      寺前 順之介, 坪 泰宏, 平谷 直輝, 深井 朋樹
    • 学会等名
      第36回日本神経科学会
    • 発表場所
      国立京都国際会館
    • 関連する報告書
      2013 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 大規模システムとしての大脳皮質ゆらぎの効果

    • 著者名/発表者名
      寺前順之介
    • 学会等名
      日本物理学会第69回年次大会
    • 発表場所
      東海大学
    • 関連する報告書
      2013 実施状況報告書
  • [学会発表] 大脳皮質の自発発火モデルにみられる同期現象の抑制性神経回路による制御

    • 著者名/発表者名
      嘉田久嗣,寺前順之介,徳田功
    • 学会等名
      日本物理学会第69回年次大会
    • 発表場所
      東海大学
    • 関連する報告書
      2013 実施状況報告書
  • [備考] Jun-nosuke Teramaeのホームページ

    • URL

      http://www-waka.ics.es.osaka-u.ac.jp/~teramae/index.html

    • 関連する報告書
      2013 実施状況報告書

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公開日: 2014-07-25   更新日: 2019-07-29  

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