2018 年度研究成果報告書

過去の神経活動がスパイク生成に与える影響から神経系の情報キャリアを探る

研究課題

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研究課題/領域番号	15K00391
研究種目	基盤研究(C)
配分区分	基金
応募区分	一般
研究分野	生命・健康・医療情報学
研究機関	北海道大学
研究代表者	山野辺貴信北海道大学, 医学研究院, 助教 (00322800)
連携研究者	石川保志
研究期間 (年度)	2015-04-01 – 2019-03-31
キーワード	jump-diffusion / 漸近展開
研究成果の概要	神経系ではスパイク列により情報が運ばれるが、どの統計量が情報キャリアなのか解明されていない。神経回路網理論によれば、素子の出力関数に、神経回路モデルでの情報キャリアが依存する。スパイクは神経細胞が過渡状態にあるときに生じる可能性があり、この場合、スパイク生成は過去の神経活動に依存する。また、神経細胞はジャンプ-拡散過程で記述されるノイズを持つ。神経細胞モデルから、過渡応答とノイズの影響を反映した、出力関数の特性を調べる基礎を作るため、ジャンプ-拡散過程を持つ、非線形振動子の推移確率密度の漸近展開を構築した。
自由記述の分野	計算論的神経科学、生物物理学
研究成果の学術的意義や社会的意義	神経細胞は、拡散過程で近似されるイオンチャネルノイズ、シナプス小胞の自発的放出によるジャンプノイズなどを持つ確率的な素子である。各神経細胞の特性を反映した出力関数を求めることが、情報キャリアを解明するために必要であると考えられる。神経細胞の出力関数を調べる方法を構築するため、ジャンプ-拡散過程で記述されるノイズを持つ、確率的非線形振動子の推移確率の漸近展開を計算した。この振動子は神経細胞モデルのある部分のダイナミクスを持つ。我々は、この振動子を用い、漸近展開の数学的基礎について研究した。これにより漸近展開理論の適用範囲を拡げた。