発火タイミングの相関と神経回路ダイナミクスの相互作用による機能発現

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 15016060
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 青柳 富誌生 京都大学, 情報学研究科, 講師 (90252486)
• 研究分担者: 深井 朋樹 玉川大学, 工学部, 教授 (40218871)
• キーワード: 同期現象 / テンポラルコーディング / 同期発火 / 行動 / 同期発火 / 注意 / 連想記憶 / 競合学習

研究概要

最近の生理学実験の結果から、神経ネットワークの発火の相関が視覚刺激の情報統合や注意の切り替え等の高次機能に重要な役割を果たしている可能性が示されている。本研究では、[1]神経ネットワークがどのように発火相関を制御するのか?[2]逆に、現時点で系統的な数理モデルの研究がほとんど無い、発火相関が神経ネットワークの機能を制御できるのか?という双方向の機構を理論的に検証し、最終的に両者の自律分散的な協調過程を通じて高度な機能が実現するメカニズムを探ることが目的である。現時点では、[1]に関して、大脳皮質に広く偏在している同種の抑制性ニューロン間のギャップ結合の存在意義について、多様な発火パターンの実現という観点から理論的に説明を試みた。結果として、抑制ニューロン間に通常の化学シナプス,結合とギャップ結合が共存することで、その結合強度比を生理学的に妥当な範囲で調整することにより、同期・非同期状態を多様に実現できることが解析により示された。[2]に関しては、例えば、カラム形成に重要な競合型神経回路網において、入力の発火タイミングの相関により機能を制御可能である点を理論的に示した。また、更に大脳皮質の回路構造を基礎に連想記憶モデルを構成し、想起パターンの切り替えが同期発火入力により制御可能である点を示した。これは、同期発火が神経活動の切り替わり(すなわち行動の切り替え等)の為のシグナルになり得る点を示した興味深い結果である。

研究成果

• [文献書誌] Masaki Nomura, Toshio Aoyagi, Masato Okada: "Two-level hierarchy with sparsely and temporally coded patterns"Neural Networks. 16. 947-954 (2003)
• [文献書誌] Toshio Aoyagi, Takashi Takekawa, Tomoki Fukai: "Gamma Rhythmic Bursts : Coherence Control in Networks of Cortical Pyramidal Neurons"Neural Computation. 15. 1035-1061 (2003)
• [文献書誌] Masaki, Nomura, Tomoki Fukai, Toshio Aoagi: "Synchrony of Fast-Spiking Interneurons Interconnected by GABAergic and Electrical Synapses"Neural Computation. 15. 2179-2198 (2003)
• [文献書誌] Takashi Takekawa, Toshio Aoyagi, Tomoki Fukai: "Influences of synaptic locations on the synchronization through rhythmic bursting"Network : Computation in Neural Systems. 15. 1-12 (2004)
• [文献書誌] Masaki Nomura, Tomoki Fukai, Toshio Aoyagi: "Gamma frequency synchronization in a local cortical network model, Masaki Nomura"Neurocomputing. (in press).
• [文献書誌] Toshio Aoyagi, Takaaki Aoki: "Possible Role of Synchronous Input Spike Trains in Controlling Function of Neural Networks"Neurocomputing. (in press).