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2020 年度 実施状況報告書

イメージングとグラフィカルモデリングによる睡眠中大脳皮質動態の解明

研究課題

研究課題/領域番号 20K06922
研究機関筑波大学

研究代表者

上田 壮志  筑波大学, 国際統合睡眠医科学研究機構, 助教 (00599821)

研究分担者 日野 英逸  統計数理研究所, モデリング研究系, 教授 (10580079)
研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2023-03-31
キーワード睡眠 / イメージング / グラフィカルモデリング / ニューロン
研究実績の概要

本研究は睡眠・覚醒などの脳状態に依存した神経活動の集団的挙動からその機能的意義を捉えることを目的としている。神経活動という多変量時系列データから何らかの規則性を発見するために、統計的機械学習の手法を用いている。本研究ではスパースモデリングの手法の一つであるグラフィカルラッソを用いてニューロン間の機能的結合性に着目した解析を行った。

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

睡眠などの様々な脳状態のマウスの大脳皮質自発活動を2光子カルシウムイメージング法によって記録した。このデータの解析に統計的機械学習を使用して、隠れたネットワーク構造を明らかにすることを目的としている。機能的結合性の推定にグラフィカルラッソを用いて、その脳状態に依存した変動を見出している。現在、いくつかのアプローチで新たなネットワーク構造とその動態が推定されており、研究成果の発表準備中である。

今後の研究の推進方策

睡眠などの自発性生理現象に依存した大脳皮質ネットワーク構造に着目し、新たな特徴を発見できている。今後はその特徴が脳の可塑的変化や病態にどのような影響を受けるかを検証するために、タスクや神経活動の撹乱などの操作的な手法と組み合わせた実験と解析を実施する。

次年度使用額が生じた理由

新型コロナウイルスの感染拡大のため動物実験の一時減少と学会や共同研究打ち合わせなどがオンライン化したため、支出が大幅に少なくなったため。

  • 研究成果

    (3件)

すべて 2021 2020

すべて 雑誌論文 (2件) (うち国際共著 1件、 査読あり 2件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (1件)

  • [雑誌論文] Structure of cortical network activity across natural wake and sleep states in mice2020

    • 著者名/発表者名
      Ohyama Kaoru、Kanda Takeshi、Miyazaki Takehiro、Tsujino Natsuko、Ishii Ryo、Ishikawa Yukiko、Muramoto Hiroki、Grenier Francois、Makino Yuichi、McHugh Thomas J.、Yanagisawa Masashi、Greene Robert W.、Vogt Kaspar E.
    • 雑誌名

      PLOS ONE

      巻: 15 ページ: e0233561

    • DOI

      10.1371/journal.pone.0233561

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Dynamics of Cortical Local Connectivity during Sleep?Wake States and the Homeostatic Process2020

    • 著者名/発表者名
      Miyazaki Takehiro、Kanda Takeshi、Tsujino Natsuko、Ishii Ryo、Nakatsuka Daiki、Kizuka Mariko、Kasagi Yasuhiro、Hino Hideitsu、Yanagisawa Masashi
    • 雑誌名

      Cerebral Cortex

      巻: 30 ページ: 3977~3990

    • DOI

      10.1093/cercor/bhaa012

    • 査読あり
  • [学会発表] カルシウムイメージングと統計的機械学習によるノンレム睡眠中の大脳皮質に現れるスパースネット ワークの可視化2021

    • 著者名/発表者名
      上田壮志、宮崎 峻弘、日野英逸、柳沢正史
    • 学会等名
      第126回日本解剖学会総会・全国学術集会 / 第98回日本生理学会大会 合同大会

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公開日: 2021-12-27  

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