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物質流動を考慮した数理モデルの作成による発作発現機構の解明と治療法の提案

公募研究

研究領域非線形発振現象を基盤としたヒューマンネイチャーの理解
研究課題/領域番号 18H04940
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
研究機関富山大学

研究代表者

上田 肇一  富山大学, 学術研究部理学系, 教授 (00378960)

研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2020-03-31
研究課題ステータス 完了 (2019年度)
配分額 *注記
4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)
2019年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
2018年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円)
キーワード数理モデル / てんかん / 発作
研究実績の概要

(1) ニューロンの異常活動の原因として細胞外カリウム濃度の影響が指摘されている。Cressmanらの数値実験により,グリアによる細胞外カリウムの取り込み量が減少した際には,細胞外カリウム濃度,及び細胞内ナトリウム濃度の周期振動が発生し,細胞外カリウム濃度の上昇時にニューロンの異常活動が観察されることが報告された。我々は,数理モデルに外力項を追加した方程式に対する数値実験を行い,交流刺激を加えることによって(時間平均が0であるにもかかわらず)カリウム振動及びそれに伴うニューロンの異常活動が消滅する現象を発見した。今年度は,昨年考察したてんかん発作抑制のための外部刺激法を発展させた。交流刺激の周波数変調がカリウム振動の抑制に与える影響を数値的に調べ,外部刺激が効果的に作用するための条件について解析を行なった。
(2) 生命システムにみられる集団振動子の同期現象の創発機構に関する数理基盤を構築するために,自発的なパラメーター選択による同期振動生成を実現する数理モデルの作成を行なった。生命現象で観察される同期振動を伴う機能の発現機構を理解するためには振動子間の結合係数が自発的に調整され,同期現象が発生する仕組みを理解する必要がある。今年度はパラメーター変化に対する数理モデルを作成し,自発的なパラメーター値選択による同期現象の発生,及び外部摂動に対する適切なパラメーター値の選択による同期振動の再生成を実現することに成功した。

現在までの達成度 (段落)

令和元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

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2019 実績報告書
  • 2018 実績報告書
  • 研究成果

    (10件)

すべて 2020 2019 2018

すべて 雑誌論文 (3件) (うち国際共著 1件、 査読あり 3件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (7件) (うち国際学会 1件、 招待講演 6件)

  • [雑誌論文] Mathematical mechanism of state-dependent phase resetting properties of alpha rhythm in the human brain2020

    • 著者名/発表者名
      Kei-Ichi Ueda, Yasumasa Nishiura, Keiichi Kitajo
    • 雑誌名

      Neuroscience Research

      巻: - ページ: 1-13

    • DOI

      10.1016/j.neures.2020.03.007

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Model framework for emergence of synchronized oscillations2019

    • 著者名/発表者名
      Kei-Ichi Ueda
    • 雑誌名

      Physical Review E

      巻: 100 号: 3

    • DOI

      10.1103/physreve.100.032218

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Neural network model for path-finding problems with the self-recovery property2019

    • 著者名/発表者名
      Ueda Kei-Ichi, Kitajo Keiichi, Yamaguchi Yoko, Nishiura Yasumasa
    • 雑誌名

      Physical Review E

      巻: 99 号: 3 ページ: 032207-032207

    • DOI

      10.1103/physreve.99.032207

    • 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 / 国際共著
  • [学会発表] 集団振動子群同士の同期振動創発2020

    • 著者名/発表者名
      上田 肇一
    • 学会等名
      反応拡散系と実験の融合3
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 自己修復機能を有する自律分散システムに対する数理的研究2019

    • 著者名/発表者名
      上田 肇一
    • 学会等名
      次世代脳プロジェクト冬のシンポジウム2019
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 連発刺激印加による振動抑制法に対する分岐点近傍解析2019

    • 著者名/発表者名
      上田 肇一,池田 昭夫,松橋 眞生
    • 学会等名
      生理研研究会「力学系の視点からの脳・神経回路の理解」
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 連発刺激印加による振動抑制法に対する数理解析2019

    • 著者名/発表者名
      上田 肇一,池田 昭夫,松橋 眞生
    • 学会等名
      RIMS共同研究(公開型)てんかんの数学的研究
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] A network model for spatial control of arm movements2018

    • 著者名/発表者名
      Keiichi Ueda
    • 学会等名
      A3 Foresight Program The 5th Joint Workshop, Mathematics of Biology, Fluid Dynamics and Material Sciences
    • 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] 自発的なパラメータ調整による振動子の同期現象2018

    • 著者名/発表者名
      上田 肇一
    • 学会等名
      RIMS共同研究(グループ型) 「統計的モデリングと予測理論のための統合的数理研究の展開」
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 自発的なパラメータ調整による振動子の同期現象2018

    • 著者名/発表者名
      上田 肇一
    • 学会等名
      第7回岐阜数理科学研究会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書

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公開日: 2018-04-23   更新日: 2021-01-27  

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