| 研究課題/領域番号 |
16300096
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 研究分野 |
生体生命情報学
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| 研究機関 | 独立行政法人理化学研究所 (2005)
玉川大学 (2004) |
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研究代表者 |
深井 朋樹 独立行政法人理化学研究所, 脳回路機能理論研究チーム, チームリーダー (40218871)
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| 研究分担者 |
寺前 順之介 独立行政法人理化学研究所, 脳回路機能理論研究チーム, 研究員 (50384722)
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| 研究期間 (年度) |
2004 – 2005
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| キーワード | 脳・神経 / 認知科学 / 生物・生体工学 / ソフトコンピューティング / 数理工学 / 統計物理学 |
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| 研究概要 |
大脳皮質の神経細胞には、双安定状態や多重安定状態を実現する、さまざまな生理学的メカニズムが用意されていることが、過去の実験的、理論的な研究報告から示唆されている。例えばその中には閾値下の膜電位のUP、DOWNの2状態の存在、嗅内野ニューロンに見られる多重安定な持続発火などが存在する。初年度はCaストアからの放出機構を用いた多重安定なニューロンモデルを構築したが、本年度は大脳皮質ニューロンの双安定状態と認知的行動との関わりについて、入力情報の時間積分プロセスに焦点を当て、神経回路モデルの構築と生理実験データによる検証を行った。ニューロンの膜電位のダイナミクスは10〜20ミリ秒という時定数をもつが、行動の時間スケールは秒である。にもかかわらず、認知や意思決定のプロセスにおいて、神経回路は行動の時間スケールにおいて入力情報を積分し情報を統合する必要がある。サルの帯状皮質野の遅延期間活動を解析し、神経活動レベルに二つの状態が存在することを統計解析の手法を駆使して明確にした。また、単純な確率過程モデルを導入して解析的に解けるモデルを導入し、提案した入力の時間積分機構が働く理論的条件を明らかにした。双安定ニューロンの時間積分神経回路モデルは過去にも提案されている。我々のモデルが画期的なのは、双安定なスパイク・ニューロンの一様な相互結合ネットワークに確率過程ダイナミクスを導入することで、頑強な時間積分メカニズムを実現する点にある。これは従来までのシナプス結合の微調節に頼る時間積分回路とは、全く異なる原理である。この神経回路モデルは、神経科学および物理学の国際誌に投稿中である。また入力の時間積分メカニズムに関するレビューを欧文誌に執筆した。その中で、多重安定状態をもつニューロンが作る神経回路において、記憶情報どうしの相互関係を連続アトラクタ構造に適切に埋め込む新しい方法の可能性を議論した。
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