| 研究領域 | 脳の若返りによる生涯可塑性誘導ーｉＰｌａｓｔｉｃｉｔｙー臨界期機構の解明と操作 |
|---|
| 研究課題/領域番号 |
20H05921
|
|---|
| 研究機関 | 工学院大学 |
|---|
研究代表者 |
金丸 隆志 工学院大学, 先進工学部, 教授 (10334468)
|
|---|
| 研究分担者 |
合原 一幸 東京大学, 特別教授室, 特別教授 (40167218)
|
|---|
| 研究期間 (年度) |
2020-11-19 – 2025-03-31
|
| キーワード | 臨界期 / E-I balance / 神経回路網モデル / 擬アトラクタ― |
|---|
| 研究実績の概要 |
臨界期の開始・終了・再開のメカニズムを明らかにするため、2020年度は皮質の層構造を考慮した神経回路網モデルを構築した。これは皮質第2/3層の興奮性細胞集団と第4層の抑制性細胞集団からなる回路網モデルであり、興奮性細胞集団と抑制性細胞集団の活動の強さのバランス（E-Ibalance）の変化によるダイナミクスの変化を解析できる。さらに、この回路網モデルには第1層におけるニコチニックアセチルコリン受容体（nAChR）をもつ抑制性細胞からの入力も加えられている。この細胞からの入力が皮質第2/3層および第4層のE-I balanceをコントロールするという描像である。
このモデルは我々が2013年および2019年に用いたモデルをベースに、回路網内の細胞間結合をランダムにしたものである。結合がランダムであるのは、発達期の回路網を考えているためである。この回路網モデルを、細胞数∞の極限で得られる細胞集団の確率分布を記述するFokker-Planck方程式を用いて解析した。さらに、E-I balanceの定量化には、Bruiningら（2020）により提案された、fE/I （functional E/I ratio、機能的E/I比）を用いた。
以上の枠組みにより、fE/Iの意味でE-I balanceが成り立つときに、回路網にカオス的ダイナミクスが見出された。これは、従来の低次元なカオスではなく、正のリアプノフ数が多数ある高次元のカオスダイナミクスである。システムが低次元の領域にとどまるカオスとは異なり、様々な領域を経めぐる擬アトラクタ的なダイナミクスであると我々は考えている。さらにいわゆるカオスの縁と呼ばれる領域で見られるダイナミクスも存在することが明らかになった。
|
| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
今後の計画の基礎となる神経回路網モデルに対して数値シミュレーションを行うプログラムが完成していることが進捗状況の評価の理由である。このプログラムを用い、E-I balance下におけるダイナミクスの調査や、そのダイナミクスと学習効率の関係など、様々な研究を行うことができる。もちろん、このプログラムを修整してモデルを更新することも可能である。
|
| 今後の研究の推進方策 |
2020年度に作成したシミュレーションプログラムを用いて、E-I balance下におけるダイナミクスが、生体の情報処理において有用であることを示す。それにより、臨界期における可塑性の向上とモデルのダイナミクスとの関連性を探る。
また、2020年度は論文の投稿を行わなかったが、2021年度は構築したモデルに基づいた論文の投稿も目指す。
|
