計算論的立場からの神経細胞集団の情報処理の解明

2001 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 13210154
• 研究機関: 理化学研究所
• 研究代表者: 中原 裕之 理化学研究所, 脳数理研究チーム, 研究員 (10312282)
• キーワード: 神経細胞集団活動 / 大脳基底核 / 強化学習 / 自己組織化 / 注意

研究概要

本研究は、「計算論的立場からの神経細胞集団の情報処理の解明」という題目のもとで、神経細胞集団の発火がどのように外界の刺激を符号化・復号化するのかについてその最適性を研究した。また大脳基底核の細胞が、報酬信号を利用しつつ、自己組織化を通じて、効率の良い発火パターンを示せることをしめした。同時に、大脳基底核-大脳皮質回路による逐次的運動の学習・制御のモデルを構築し、実験結果と比較検討した結果、我々の提案した多重表現仮説が逐次運動の学習・制御に関するの脳回路の仮説として適していることを示した。以上の研究により、細胞集団の特性を把握することができた。
また、同時発火がどのような機能を持ちうるかについて、モデルの立場からの研究と、情報幾何を用いたデータ解析の立場からの研究を並行して進めた。情報幾何座標系を使うと、今まで観測不可能だった高次相関を実験データからきちんと定量的に測定できることになる。これにより、今まで不可能だった神経細胞集団の発火活動の高次相関が動物の意思決定にどれくらい関与しているのかが定量的にぎろんできるようになる。これについては、現在、その結果をまとめているところである。特にデータ解析については今後の発展が大いに期待され、現在実際の実験データを用いて、我々の解析手法をテストしているところであり、学会発表はすでに終えている。

研究成果

• [文献書誌] Wu, S., Nakahara, H., Amari, S: "Population coding with correlation and an unfaithful model"Neural Computation. 13. 775-797 (2001)
• [文献書誌] Nakahara, H., Wu, S., Amari, S: "Attention modulation of neural tuning through peak and base rate"Neural Computation. 13. 2031-2048 (2001)
• [文献書誌] Nakahara, H., Doya, K., Hikosaka, O: "Parallel Cortico-Basal Ganglia Mechanisms for Acquisition and Execution of Visuo-Motor Sequences-A Computational Approach"Journal of Cognitive Neuroscience. 13・5. 1-22 (2001)
• [文献書誌] Nakahara, H., Hikosaka, O., Amari, S.: "Self-organization in the basal ganglia with modulation of reinforcement signals"Neural Computation. (印刷予定).
• [文献書誌] Nakahara H, Amari S: "Attention modulation of neural tuning through peak and base rate in correlated firing"Neural Networks. (印刷予定).
• [文献書誌] Wu S., Amari S., Nakahara H: "Population coding and decoding in a neural field : a computational study"Neural Computation. (印刷予定).