| 研究課題/領域番号 |
19K12737
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| 研究機関 | 東邦大学 |
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研究代表者 |
我妻 伸彦 東邦大学, 理学部, 講師 (60632958)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| キーワード | 神経回路モデル / 第1次視覚野第2/3層 / 局所神経回路 / 視覚情報処理 / 抑制生細胞 |
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| 研究実績の概要 |
ヒト大脳視覚皮質は、網膜に投影された視覚入力をボトムアップ的に処理するだけでなく、トップダウン的注意信号も統合し、実環境を理解、適応している。様々な情報を統合し、視知覚を実現する初期視覚V1第2/3層の神経回路構造を研究した。特に、V1を構成する興奮性Pyr細胞と３種類の抑制性細胞(PV、SOM、VIP)の相互作用が、視覚入力と注意信号の情報統合に果たす役割を計算論的に検証した。具体的には、近年の電気生理学的知見に忠実なV1を構成する神経細胞モデルを作成した。これらの神経細胞モデルを、生理学的実験により報告されたV1第2/3層の神経シナプス特性と解剖学的知見が示すV1回路構造に基づいて連絡した。特に、対数正規分布に従う興奮性Pyr細胞同士のシナプス結合強度がV1の神経活動に重要な役割を果たすことが計算論的先行研究により、報告されている。これらの知見を統合した、興奮性Pyr細胞と３種類の抑制性細胞が相互に作用する厳密なV1第2/3層の神経回路ネットワークモデルを構築した。
網膜からの視覚入力が与えられないときの神経応答である自発活動を引き起こす外部入力を適用し、構築した神経回路ネットワークモデルのシミュレーションを実行した。神経回路ネットワークモデルを構成する興奮性Pyr細胞と3種類の抑制性細胞は、実際の生理学的な神経細胞と同程度の発火強度を示した。また、神経回路構造を変えたモデルのシミュレーションにより、抑制性PV細胞が神経回路ネットワークの速い活動リズム（γ振動）発生に寄与する可能性を示した。これらの結果は、V1第2/3層を構成する様々な神経細胞の相互作用による視知覚形成のメカニズムを示唆していると考えられる。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
研究課題初年度において、すでに研究の根幹となる神経回路ネットワークモデルがおおよそ完成し、シミュレーション実験が開始できた。詳細なパラメータ調整などが必要になると予測されるが、実験データの取得が可能な段階に到達している。
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| 今後の研究の推進方策 |
大脳皮質、特に視覚野は網膜が変換した光に起因する神経入力を処理し、視知覚を形成する。この知覚形成のための視覚情報を統合するヒト皮質メカニズムを計算論的に検証する。具体的には、網膜からの信号であるボトムアップ的な視覚入力とトップダウン的な視覚的注意を今年度構築した神経回路ネットワークモデルへと適用する。これらの異なる外部入力に起因するV1第2/3層神経回路ネットワークの神経同期と活動リズムが視覚情報統合を促進するヒト皮質メカニズムの理解を目指す。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
国内学会や研究会への参加を計画していたが、新型コロナウィルスによる研究会中止により使用できなかった。次年度は構築した神経回路モデルのシミュレーション実験を実行する計画のため、次年度使用金はデータ保存用のハードディスクなどの購入に利用する予定である。
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