| 研究課題/領域番号 |
19K12743
|
|---|
| 研究機関 | 沼津工業高等専門学校 |
|---|
研究代表者 |
宮下 真信 沼津工業高等専門学校, 制御情報工学科, 教授 (20443038)
|
|---|
| 研究分担者 |
田中 繁 電気通信大学, 脳・医工学研究センター, 特任教授 (70281706)
|
|---|
| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2023-03-31
|
| キーワード | 文脈異存応答 / スパイク放電型神経モデル / 自己組織化 / 棘型星状細胞 / 無棘型星状細胞 / 単純型細胞 / 長距離水平結合 |
|---|
| 研究実績の概要 |
自己組織化数理モデルで得られた外側膝状体(LGN)－第１次視覚野細胞間の神経ネットワークにおいて、V1野細胞の応答にスパイク放電型のモデルを適用した。古典的受容野(CRF)に相当する視野領域に最適方向に運動するグレーティング刺激を与え、周辺視野領域に0~360度方向に運動するグレーティング刺激を提示したときのCRFの細胞の応答を調べた。はじめに、0~360度方向に運動するグレーティング刺激をモデル視野全体に提示し、V1野細胞間の応答相関関数を求めた。この相関関数を使って、興奮性の長距離水平結合の重みをモデル化した。また、モデルV1野細胞間に、この相関関数に基づいたフィードフォワードの興奮性と抑制性細胞を介した結合を仮定した。このモデルに従ってシミュレーションを実行した結果、CRFと周辺領域に提示するグレーティング刺激の運動方向が一致したときに、CRF細胞の活動が抑圧されることを示した。
V1野の単純型細胞は、最適方位と直行する方位の刺激に対しては、膜電位はほぼ静止電位となることがネコの実験で報告されている(Ferster,1986)。これは、４層の無棘型の星状細胞から有棘型の星状細胞へと抑制が働いているためと予測される。これまで提案した自己組織化数理モデルでは、この抑制性を考慮していないために、最適方位に直行する方位刺激でも膜電位が上昇するような応答を示す。そこで、自己組織化の数理モデルに、この抑制性の効果を導入して、モデルを精緻化した。この数理モデルに従って、LGN-V1野間の自己組織化シミュレーションを実行し、受容野や方位表現の構造、方位選択性の指標に関する解析をおこなった。この自己組織化数理モデルで得られた結果から、スパイク放電型の神経モデルについても、無棘型から有棘型の星状細胞への抑制性結合を考慮したモデルに改編する必要があることが分かった。
|
| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
V1野の単純型細胞は、最適方位と直行する方位の刺激に対しては、膜電位がほぼ静止電位となることがネコの実験で報告されている。これは、４層の無棘型の星状細胞から有棘型の星状細胞へと抑制が働いているためと考えらる。この抑制性作用を、これまでに提案した自己組織化数理モデルへと導入した。このモデルについて、静止電位や細胞が発火する閾値ならびに皮質内相互作用の強度などのパラメータと、形成される受容野や方位マップの構造との関係をさらに調べモデルの妥当性を検証する必要がある。また、自己組織化モデルのシミュレーションで得られた神経ネットワークに対して、各細胞をスパイク放電型細胞モデルに置き換えて、視覚刺激に対する応答を調べていくが、このスパイク放電型細胞モデルについても無棘型の星状細胞から有棘型の星状細胞への抑制入力を導入し、自己組織化モデルとの整合性をとる必要がある。当初は、長距離水平結合をモデル化し、視野の周辺領域への刺激に対する応答特性を調べる予定であった。しかしながら、自己組織化数理モデルとスパイク放電型の数理モデルの両者を拡張した後に、細胞応答の文脈異存性に関するシミュレーションと解析に着手する必要があることから、当初計画よりも少し遅れを生じている。
|
| 今後の研究の推進方策 |
自己組織化の数理モデルによって、無棘型の星状細胞からの抑制作用を考慮して有棘型の細胞の静止電位のレベルを決定する。これまでに、細胞外Caの細胞内への流入が低い時はLTDが、Caの流入が多く閾値を超えて神経細胞が活動する時はLTDが誘発されるモデルを提案している。ここでは、主に細胞発火の閾値と皮質内相互作用の強度に関するパラメータを変えたときに受容野や方位マップの構造がどのように変化するかを解析し、生理実験と比較することによってモデルの妥当性を検証する。
有棘型の星状細胞は興奮性で、高い方位選択性を示すのに対し、無棘型の星状細胞は抑制性の介在細胞で、方位選択性は低いことが報告されている。そこで、モデルLGNとＶ１野の有棘型の星状細胞への結合は、自己組織化数理モデルで得られた入力パターンで与える。一方、無棘型の抑制性介在細胞にはLGN細胞からある程度のレチノトピーはあるが、ほぼランダムな入力のみを仮定する。無棘型から有棘型への抑制入力を導入した場合、V1野細胞がもつ最適方位と直交する方位の刺激を与えたときに、膜電位が静止電位となるかを確認する。また、皮質内の近距離的な興奮性／抑制性の結合、ならびに長距離水平結合を導入したときの応答特性を調べていく。さらに、モデルV1野細胞のスパイク応答を使った逆相関法を適用して入力画像を再構成することで、文脈異存的なＶ１野応答が起こるメカニズムについて迫っていく。
|
| 次年度使用額が生じた理由 |
コロナ禍の影響によって、米国で開催される国際会議が中止となり、渡航費用が発生しなかったため。また、国内学会もリモートで開催されたので、旅費などが発生しなかったため。
|
