| 研究課題/領域番号 |
16K01966
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| 研究機関 | 京都産業大学 |
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研究代表者 |
伊藤 浩之 京都産業大学, コンピュータ理工学部, 教授 (80201929)
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| 研究期間 (年度) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| キーワード | ニューロン・オペラント・コンディショニング / ブレイン・マシン・インタフェース / 多細胞活動記録 / 視覚皮質 / 多細胞データ |
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| 研究実績の概要 |
伊藤と森（研究員）は視覚皮質での細胞集団活動をターゲットとしたNeuron Operant Conditioning実験のために、注視課題訓練システム、視線計測システム、記録用埋め込み電極の開発を行い、実際の記録実験の準備を進めた。具体的には、開発した注視課題訓練システムを用いて、覚醒ネコ2匹に対して訓練を開始した。また、頭部を固定するためのヘッドポストの装着を行った。さらに、頭骨内に収まる微小サイズの記録用電極マニピュレータの開発を検討し、試作品の作成を行った。
伊藤と圓山(連携研究者）は配列型電極を用いたネコ視覚皮質からの多細胞活動データを解析し、同時記録された細胞の方位選択性の分布をcircular varianceを用いて定量化した。Optical imagingで記録されたOrientation mapデータを元にしたシミュレーション記録実験を合わせて行い、実際の生理実験データとの統計比較を行った（論文発表 Maruyama and Ito, 2017）。視覚皮質では異なる方位選択性の細胞が皮質表面上で空間的に分布しているが、pinwheelと呼ばれる構造の周辺では、異なる方位選択性細胞が密に分布している。このため、空間的な局所において多数の細胞を同時記録できるtetrode電極からなる配列電極の方が、多数のmicroelectrodeを密に配列させた電極よりも効率的に異なる方位選択性細胞の活動を記録できることが判明した。この結果から視覚皮質におけるNeuron Operant Conditioning実験においても、tetrode電極からなる配列型電極を利用することになった。
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| 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
伊藤と圓山(連携研究員)は視覚皮質での多細胞活動記録において異なる方位選択性を持つ細胞を出来るだけ均一に記録するための配列型電極の開発のために、麻酔下ネコの視覚皮質から2種類の配列型電極による多細胞活動同時記録を行い、データの統計比較結果を論文発表することが出来た(Maruyama and Ito, 2017)。この技術は、視覚皮質での細胞集団活動をターゲットとしたNeuron Operant Conditioning実験に活かされる。
伊藤と森(研究員)が実施する視覚皮質での細胞集団活動をターゲットとしたNeuron Operant Conditioning実験のために、覚醒ネコの注視課題訓練システムを開発し、2匹のネコに対して訓練を行った。頭部を固定するためのヘッドポストの装着および赤外線カメラによる視線位置計測システムの開発も合わせて行った。注視課題訓練システムの開発に当初の計画以上の時間を要したが、視覚皮質への埋め込み電極によるNeuron Operant Conditioning実験を開始する準備は整った。
伊藤は池田（京大医学部）が主催したHigh Frequency Oscillation (HFO)に関するミニシンポジウムに参加して、ネコの外側膝状体で伊藤が記録した多細胞データにおけるhigh gamma帯域での同期振動発火現象の統計解析結果を紹介し、てんかん患者で観測されるHFOとの関連を議論した。
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| 今後の研究の推進方策 |
伊藤と森(研究員)は、注視課題を訓練したネコに細胞活動記録用チェンバーを固定し、視覚皮質からの多細胞活動記録を開始する。特定の細胞集団活動の発生に対して報酬を与えるNeuron Operant Conditioning実験を開始し、マクロレベルでの報酬フィードバックに対して、ミクロレベルの細胞集団にどのような因果的な変化が生じるかの動態を解析する。手始めに同時記録されている複数の細胞の一つを選択し、無刺激条件下(自発発火）での短時間発火率の大きさに応じて報酬量を変化させるリアルタイムのフィードバック実験を行う。この細胞の発火率をvolitionalに上昇することが可能であるかどうかを観測する。また、この際に条件付けされていない他の細胞の活動にどのような変化が生じるのかを統計解析する。バイオフィードバック実験システムにおいて、ターゲットとする神経活動イベントの発生から報酬フィードバックが与えられるまでの遅延時間を測定して、リアルタイム性の検証も合わせて行う。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
課題研究で行う新たな実験の立ち上げに当初の計画以上の時間を要したため、資料収集のための出張の機会が少なかった。また、動物の飼育の世話を行う大学院生の都合から勤務日を週2日に限定したため、謝金の執行が当初の計画より減額した。最終的に新たな実験の立ち上げは計画した段階にまで至ったため、今後の研究計画の遂行には支障が無い。
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| 次年度使用額の使用計画 |
今年度雇用を行った研究員の森理也氏は次年度も継続して雇用を予定しているが、エフォート雇用の勤務時間を増やし、かつ資料収集のための学会出張旅費などが今年度以上に必要となることが見込まれるため、その予算として確保する。
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