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Using recurrent neural networks to study neural computations in cortical networks

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 17H06037
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

ベヌッチ アンドレア  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, チームリーダー (50722352)

研究期間 (年度) 2017-04-01 – 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Decision-making / sensory processing / visual cortex / neural computation / optogenetics / cognition / 神経科学
研究実績の概要

The research carried over during this fiscal year has led to the refinement and optimization of computational tools for the analysis of large-scale neural recordings and to advance our understanding on fundamental coding questions on sensory-based decision making.
We have progressed on three computational frameworks for the modeling of widefield data from the mouse occipital cortex during goal-directed behaviors. Recordings consisted on GCaMP signals across 10-12 visual cortical areas as the mouse performed in a two-alternative forced choice orientation discrimination task (Abdolrahmani et al., bioRxiv 2019). The first framework is a recurrent neural network using Hessian-free (FORCE) optimization for back-to-back learning of behavioral and neural data. The RNN has been developed in Matlab (Mathworks) and aimed to closely mimic basic functional principles of cortical connectivity (including a 4:1 ratio of excitatory and inhibitory units). The second framework is an adaptation to our data of a published variational autoencoder (LFADS, Pandarinath et al., 2018), a potent machine-learning tool aiming to uncover the latent dynamics of possibly highly non-linear dynamical systems. Development was done under the TensorFlow programming environment. Finally, under the PyTorch environment we have developed an agile, vanilla RNN currently used to tackle computational questions on decision-making under uncertain input-evidence conditions. The latter framework is also being developed for correlative analysis of widefield GCaMP data as described in the previous report.

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

    (11件)

すべて 2019 2018 2017 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (6件) (うち国際学会 4件、 招待講演 3件) 産業財産権 (1件) (うち外国 1件)

  • [国際共同研究] Stanford University(米国)

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [国際共同研究] Chemnitz University of Technology(ドイツ)

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [雑誌論文] The mouse posterior parietal cortex: Anatomy and functions2019

    • 著者名/発表者名
      Lyamzin, D., Benucci, A
    • 雑誌名

      Neurosci. Res.

      巻: 140 ページ: 14-22

    • DOI

      10.1016/j.neures.2018.10.008

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] An automated platform for high-throughput mouse behavior and physiology with voluntary head-fixation2017

    • 著者名/発表者名
      Ryo Aoki, Tadashi Tsubota, Yuki Goya, Andrea Benucci
    • 雑誌名

      Nature Communications

      巻: 8 号: 1 ページ: 1196-1196

    • DOI

      10.1038/s41467-017-01371-0

    • 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] Stability and plasticity of visual representations in the mouse cortex2018

    • 著者名/発表者名
      A. Benucci
    • 学会等名
      Institute of Neuroinformatics, ETH/University of Zurich
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] In vivo quantification of single-cell targeted optogenetic stimulation with a digital micro-mirror device2018

    • 著者名/発表者名
      Aoki, R. and A. Benucci
    • 学会等名
      Annual Meeting of the Society for Neuroscience
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Plastic changes of neuronal network dynamics induced by patterned optogenetic stimulation.2017

    • 著者名/発表者名
      A. Benucci
    • 学会等名
      :Korea Advanced Institute of Science and Technology
    • 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] Plastic for stimulus selectivity in the visual cortex induced by patterned optogenetic stimulation2017

    • 著者名/発表者名
      A. Benucci
    • 学会等名
      Asia-Pacific Conference on Vision
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Plasticity for stimulus selectivity in the visual cortex of adult mice induced by patterned optogenetic stimulation.2017

    • 著者名/発表者名
      T. Tsubota, et al A. Benucci.
    • 学会等名
      Annual Meeting of the Society for Neuroscience
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Sensory Representation Plasticity Driven by Single Neurons in the Mouse Cortex.2017

    • 著者名/発表者名
      A. Benucci
    • 学会等名
      University of California San Francisco
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 招待講演
  • [産業財産権] SYSTEM FOR RESTRAINING MOUSE2017

    • 発明者名
      Andrea Benucci
    • 権利者名
      理化学研究所
    • 産業財産権種類
      特許
    • 出願年月日
      2017
    • 取得年月日
      2017
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 外国

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公開日: 2017-04-28   更新日: 2019-12-27  

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