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予測の神経基盤:全脳皮質脳波における時空間構造

公募研究

研究領域人工知能と脳科学の対照と融合
研究課題/領域番号 17H06034
研究種目

新学術領域研究(研究領域提案型)

配分区分補助金
審査区分 複合領域
研究機関国立研究開発法人理化学研究所

研究代表者

小松 三佐子  国立研究開発法人理化学研究所, 脳神経科学研究センター, 研究員 (00525545)

研究期間 (年度) 2017-06-30 – 2019-03-31
研究課題ステータス 完了 (2018年度)
配分額 *注記
12,220千円 (直接経費: 9,400千円、間接経費: 2,820千円)
2018年度: 6,110千円 (直接経費: 4,700千円、間接経費: 1,410千円)
2017年度: 6,110千円 (直接経費: 4,700千円、間接経費: 1,410千円)
キーワード神経科学 / ECoG / マーモセット / 非ヒト霊長類 / 機能ネットワーク / ニューラルネットワーク / 深層学習 / 皮質脳波
研究実績の概要

本研究では、皮質全体から記録された皮質脳波(全脳皮質脳波)を用い予測符号化にかかわる脳内情報処理の時空間構造を明らかにすることを目的とした。
脳は、時々刻々と入力される刺激に対し、絶え間なく般化と予測(predictive coding; PC)を行っている。PCに関する数学的モデルは皮質の層構造や神経細胞レベルの役割を考慮したものまで様々提案されている。近年ではこのようなモデルを機械学習に適用したディープラーニング(深層学習)により大規模データ解析に大きな進展がみられている。しかし脳内での実装についてはまだ不明な点が多く、とくに全脳レベルでの動力学的性質についてはまったくわかっていないのが現状である。
本年度は、聴覚情報の予測符号化にかかわる神経活動を従来の統計学的手法を用いて解析した。その結果、聴覚情報処理には聴覚皮質だけでなく前頭葉・頭頂葉などの脳全域がかかわること、脳内情報処理が並列的に行われている可能性が示唆された。また、予測誤差が生じる場合には、そうでない場合と比較して前頭葉の関与が重要になることが示唆された。さらに、聴覚皮質―前頭葉の機能結合が予測誤差によって動的に修飾されている可能性があることがわかった。これらの結果は予測符号化モデルの新たなアルゴリズム開発へつながることが期待される。

現在までの達成度 (段落)

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2018 実績報告書
  • 2017 実績報告書
  • 研究成果

    (19件)

すべて 2019 2018 2017 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (14件) (うち国際学会 7件、 招待講演 4件) 産業財産権 (1件)

  • [国際共同研究] Chinese Academy of Sciences, Shanghai(中国)

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [雑誌論文] Information seeking mechanism of neural populations in the lateral prefrontal cortex2019

    • 著者名/発表者名
      Nakamura Kiyohiko、Komatsu Misako
    • 雑誌名

      Brain Research

      巻: 1707 ページ: 79-89

    • DOI

      10.1016/j.brainres.2018.11.029

    • NAID

      120006599952

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Chronic Implantation of Whole-cortical Electrocorticographic Array in the Common Marmoset2019

    • 著者名/発表者名
      Komatsu Misako、Kaneko Takaaki、Okano Hideyuki、Ichinohe Noritaka
    • 雑誌名

      Journal of Visualized Experiments

      巻: 144 号: 144

    • DOI

      10.3791/58980

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] A Chronically Implantable Bidirectional Neural Interface for Non-human Primates2017

    • 著者名/発表者名
      Misako Komatsu, Eriko Sugano, Hiroshi Tomita and Naotaka Fujii
    • 雑誌名

      Front Neurosci.

      巻: 11 ページ: 514-514

    • DOI

      10.3389/fnins.2017.00514

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Cortical information dynamics: Large-scale electrocorticography in common marmosets2019

    • 著者名/発表者名
      Komatsu M
    • 学会等名
      German-Japanese Workshop on New Directions in System Neuroscience
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Cortical information dynamics: Large-scale electrocorticography in common marmosets2019

    • 著者名/発表者名
      Komatsu M, Ichinohe N
    • 学会等名
      革新脳国際シンポジウムISBM2019
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Wide range cortical interaction during active visual exploration revealed by a whole hemisphere ECoG recording2019

    • 著者名/発表者名
      Kaneko T, Komatsu M, Ichinohe N, Okano H
    • 学会等名
      第8回 日本マーモセット研究会大会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Visual mismatch negativity measured from whole-cortical electrocorticograhic arrays in common marmosets2019

    • 著者名/発表者名
      Yoshida M, Kaneko T, Komatsu M, Okano H, Ichinohe N
    • 学会等名
      第8回 日本マーモセット研究会大会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Neural dynamics of recurrent active vision2018

    • 著者名/発表者名
      Kaneko T, Komatsu M, Ichinohe N, Okano H
    • 学会等名
      The 48th Annual Meeting of Society for Neuroscience
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Neural mechanism for information seeking in monkey prefrontal cortex2018

    • 著者名/発表者名
      Nakamura K, Komatsu M
    • 学会等名
      The 48th Annual Meeting of Society for Neuroscience
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Predictive coding on auditory processing: Spatio-temporal structure of signal flow in whole-cortical2018

    • 著者名/発表者名
      Komatsu M, Ichinohe N
    • 学会等名
      The 48th Annual Meeting of Society for Neuroscience
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] マーモセット聴覚情報処理における皮質内信号伝搬2018

    • 著者名/発表者名
      小松三佐子
    • 学会等名
      次世代脳プロジェクト2018年度冬のシンポジウム
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Neural dynamics of recurrent active vision2018

    • 著者名/発表者名
      Kaneko T, Komatsu M, Ichinohe N, Okano H
    • 学会等名
      第2回ヒト脳イメージング研究会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Effects of ketamine administrations on frequency and duration mismatch activity in common marmosets with electrocorticograms2018

    • 著者名/発表者名
      Misako Komatsu
    • 学会等名
      The 8th Mismatch Negativity Conference
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Mismatch negativity in common marmosets2018

    • 著者名/発表者名
      Noritaka Ichinohe, Misako Komatsu
    • 学会等名
      The 41th Annual Meeting of the Japan Neuroscience Society
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] Effects of ketamine administrations on frequency and duration mismatch activity in common marmosets.2018

    • 著者名/発表者名
      Misako Komatsu, Noritaka Ichinohe
    • 学会等名
      The 41th Annual Meeting of the Japan Neuroscience Society
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] An anesthetic dose of ketamine disrupts mismatch activity in common marmosets.2017

    • 著者名/発表者名
      Misako Komatsu, Noritaka Ichinohe
    • 学会等名
      The 47th Annual Meeting of Society for Neuroscience
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Whole-cortical recordings reveal spreading photo-stimulation effects: A optogenetics study in marmosets.2017

    • 著者名/発表者名
      Misako Komatsu, Eriko Sugano, Noritaka Ichinohe, Hiroshi Tomita, Naotaka Fujii
    • 学会等名
      The 40th Annual Meeting of the Japan Neuroscience Society
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [産業財産権] 皮質脳波電極、脳活動処理システム、及び脳活動処理方法2018

    • 発明者名
      小松三佐子、藤井直敬
    • 権利者名
      小松三佐子、藤井直敬
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      2018-210975
    • 出願年月日
      2018
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書

URL: 

公開日: 2017-07-04   更新日: 2019-12-27  

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