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2007 年度 実績報告書

脳局所神経回路における回路トポロジーの自己組織的制御メカニズム

研究課題

研究課題/領域番号 19500256
研究機関東北大学

研究代表者

片山 統裕  東北大学, 大学院・情報科学研究科, 准教授 (20282030)

研究分担者 辛島 彰洋  東北大学, 大学院・情報科学研究科, 助教 (40374988)
中尾 光之  東北大学, 大学院・情報科学研究科, 教授 (20172265)
キーワード多細胞記録 / 独立成分分析 / トポロジー / 海馬 / 大脳皮質 / リアルタイム信号処理 / 機能手結合 / 自己組織
研究概要

本研究は,脳の局所神経回路の回路トポロジーを解析し,脳情報処理における機能的意義を明らかにすることを目的として計画された.その実現のために,局所神経回路トポロジーの計測システムを構築するとともに,実験データに基づいた脳局所神経回路のモデリング,シミュレーションをおこなっている.
平成19年度においては,局所神経回路トポロジーの計測において中心的役割を果たす,多重電極を用いた複数のニューロンの活動の同時記録・解析法の改良をおこなった.本研究の実施において重要なポイントとして,ニューロン活動の記録時に解析のターゲットとするニューロンを定め,その活動を安定して記録することにある.そのために,これまでわれわれが提案してきた,周波数領域独立成分分析を用いたニューロン活動弁別アルゴリズムを,ディジタル信号プロセッサを有する小型コンピュータに実装し,リアルタイム処理できる装置を開発した.次に,神経組織内の回路モデルの骨格となる3次元神経組織モデルを構築した.これは,神経電極で記録される細胞外電位のゆらぎを解析した結果と,解剖学研究によって報告されている細胞密度等のデータに基づいて構築したもので,細胞外記録電極を刺入したときに観測される複数のニューロンの細胞外活動電位の時系列信号や振幅分布,パワースペクトル密度などを再現することができる.現時点では,ニューロン間の結合がないベースモデルであるが,神経活動の相関解析等に基づき,ニューロンの3次元的な結合トポロジーを導入することによって,現実の神経組織に近づけていく予定である.

  • 研究成果

    (22件)

すべて 2008 2007 その他

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 4件) 学会発表 (17件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Phase-locking of spontaneous and tone-elicited pontine waves to hippoca mpal theta waves during REM sleep in rats2007

    • 著者名/発表者名
      A. Karashima, N. Katayama, M. Nakao
    • 雑誌名

      Brain Research 1182

      ページ: 73-81

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Modeling of extracellular multiple neuronal activities in the three-dimensional hippocampal tissue based on the fluctuation analysis2007

    • 著者名/発表者名
      T. Kubo, N. Katayama, O. Kikuchi, A. Karashima, M. Nakao
    • 雑誌名

      Noise and Fluctuations ICNF2007

      ページ: 577-580

    • 査読あり
  • [雑誌論文] A study to determine the robustness of reference signals for BSSR signal extraction method2007

    • 著者名/発表者名
      Y. Kimura, et. al.
    • 雑誌名

      Noise and Fluctuations ICNF2007

      ページ: 705-708

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Mathematical Models of Regulatory Mechanisms of Sleep-Wake Rhythms2007

    • 著者名/発表者名
      M. Nakao, A. Karashima, N. Katayama
    • 雑誌名

      Cellular and Molecular Life Sciences 64

      ページ: 1236-1243

    • 査読あり
  • [学会発表] Complex-valuded ICA-based realtime spike sorting system for multisite electrode recordings2008

    • 著者名/発表者名
      Y. Shiraishi, et. al.
    • 学会等名
      Intl Sympo Bio-and Nano-Electronics
    • 発表場所
      仙台市
    • 年月日
      2008-03-05
  • [学会発表] Balanced reorganization of hippocampal CA3 neural network in vitro2008

    • 著者名/発表者名
      O. Kikuchi, et. al.
    • 学会等名
      Intl Sympo Bio-and Nano-Electronics
    • 発表場所
      仙台市
    • 年月日
      2008-03-05
  • [学会発表] A three-dimensional model of hippocampal tissue for assessment of multisite electrode characteristics2008

    • 著者名/発表者名
      T. Kubo, et. al.
    • 学会等名
      Intl Sympo Bio-and Nano-Electronics
    • 発表場所
      仙台市
    • 年月日
      2008-03-05
  • [学会発表] Modeling and Simulation of Biological Neural Network with Complex Topology2007

    • 著者名/発表者名
      N. Katayama
    • 学会等名
      The Fifth Neuroscience Workshop in Kyushu
    • 発表場所
      北九州市
    • 年月日
      2007-12-01
  • [学会発表] 睡眠と脳機能2007

    • 著者名/発表者名
      辛島彰洋, 片山統裕, 中尾光之
    • 学会等名
      計測自動制御学会システム・情報部門学術講演会
    • 発表場所
      東京都千代田区
    • 年月日
      2007-11-26
  • [学会発表] 睡眠制御機構の解明を目指した脳幹神経回路の多細胞同時計測2007

    • 著者名/発表者名
      嶋崎統彦, 他
    • 学会等名
      電子情報通信学会(MBE研究会)
    • 発表場所
      仙台市
    • 年月日
      2007-11-22
  • [学会発表] 睡眠制御機構の解明を目指した脳幹神経回路の多細胞同時計測2007

    • 著者名/発表者名
      嶋崎統彦, 他
    • 学会等名
      日本睡眠学会第32回定期学術集会・第14回日本時間生物学会学術大会 合同大会
    • 発表場所
      東京都新宿区
    • 年月日
      2007-11-07
  • [学会発表] 複素独立成分分析を用いた複数ニューロン活動のリアルタイム弁別処理システム2007

    • 著者名/発表者名
      白石泰士, 他
    • 学会等名
      電子情報通信学会(NC研究会
    • 発表場所
      仙台市
    • 年月日
      2007-10-19
  • [学会発表] 3次元神経組織モデルによる細胞外活動電位記録のシミュレーションと細胞外電極評価への応用2007

    • 著者名/発表者名
      久保貴嗣, 他
    • 学会等名
      電子情報通信学会(NC研究会)
    • 発表場所
      仙台市
    • 年月日
      2007-10-19
  • [学会発表] An attempt of modeling signal transduction system in neurons: Computer simulation of PKC translocation wave along dendrites of cerebellar Purkinje cells2007

    • 著者名/発表者名
      N. Katayama, et. al.
    • 学会等名
      Neuro2007
    • 発表場所
      横浜市
    • 年月日
      2007-09-12
  • [学会発表] Modeling of extracellular multiple neuronal activities based on the multi-unit recording2007

    • 著者名/発表者名
      T. Kubo, et. al.
    • 学会等名
      Neuro2007
    • 発表場所
      横浜市
    • 年月日
      2007-09-11
  • [学会発表] Synchronization of theta activity in hippocampus and amygdala during REM sleep2007

    • 著者名/発表者名
      A. Karashima, et. al.
    • 学会等名
      Neuro2007
    • 発表場所
      横浜市
    • 年月日
      2007-09-10
  • [学会発表] Activity-dependent organization of associative neuronal dynamics of the hippocampal CA3 network in vitro2007

    • 著者名/発表者名
      O. Kikuchi, et. al.
    • 学会等名
      Neuro2007
    • 発表場所
      横浜市
    • 年月日
      2007-09-10
  • [学会発表] Model and actual neuronal activities during transition from NREM to REM sleep2007

    • 著者名/発表者名
      A. Karashima, et. al.
    • 学会等名
      World Cong World Federation of Sleep Research
    • 発表場所
      オーストラリア(ケアンズ)
    • 年月日
      2007-09-02
  • [学会発表] 3次元神経組織モデルによる細胞外電位分布のシミュレーションと細胞外電極評価への応用2007

    • 著者名/発表者名
      久保貴嗣, 他
    • 学会等名
      脳と心のシンポジウム(第8回夏のワークショップ)
    • 発表場所
      札幌市
    • 年月日
      2007-08-23
  • [学会発表] 時空間混合モデルに基づく多細胞活動電位の弁別アルゴリズム2007

    • 著者名/発表者名
      片山統裕, 他
    • 学会等名
      BMIを支えるシステム・デバイス技術運動学習と制御技術の最近の話題
    • 発表場所
      東京都
    • 年月日
      2007-06-22
  • [学会発表] 多重電極で記録された活動電位のブラインドデコンボリューションによる弁別法2007

    • 著者名/発表者名
      片山統裕, 他
    • 学会等名
      第46回日本生体医工学会
    • 発表場所
      仙台市
    • 年月日
      2007-04-27
  • [備考]

    • URL

      http://www.biomdl.ecei.tohoku.ac.jp/kata/

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公開日: 2010-02-04   更新日: 2016-04-21  

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