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2021 年度 実施状況報告書

神経ネットワークにおける2種類の抑制性細胞の機能的役割に関する研究

研究課題

研究課題/領域番号 21K12050
研究機関大分大学

研究代表者

加藤 秀行  大分大学, 理工学部, 講師 (00733510)

研究期間 (年度) 2021-04-01 – 2025-03-31
キーワード抑制性介在細胞 / 神経ネットワーク / 機能的役割 / 情報処理
研究実績の概要

本研究では、脳における2種類の抑制性介在細胞の存在意義を明らかにするために、これら抑制性介在細胞の神経ネットワーク内における機能的役割を特に情報処理の観点から解明し、神経科学における新たな知見を得ることを目的とする。さらに、本研究を通じて、脳の計算原理に迫 ることも本研究の目的である。これを実現するためには、実際にこれら抑制性介在細胞が神経ネットワーク内でどのような活動をし、他の細胞集団にどのような影響を与えているのかを理解することが必要である。そのため、本研究では計算論神経科学による数理的アプローチ、すなわち、神経ネットワークの数学モデルを構築し、数値シミュレーションから得られたデータを解析することにより上記学術的問いに迫り、得られた知見および理論を電気生理学分野に還元することを目指す。
上記研究目的を達成するために、本年度は、研究実施計画に基づき3細胞集団で構成されるラットの体性感覚野の第4層の神経ネットワークを構築した。具体的には、まず神経細胞、シナプス、神経ネットワーク構造、シナプス短期可塑性の数学モデルを定式化し、これらをまとめ神経ネットワークの定式化を行った。その上で、定式化したモデルをコンピュータ上に再現した。現在はこの数学モデルの数値シミュレーションを行い、そこから得られたデータの基本的な統計解析を行うことで、電気生理学実験により報告されている神経活動の特性を再現するパラメータの探索を行っている。

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

令和3年度は、3細胞集団で構成されるラットの体性感覚野の第4層の神経ネットワークを構築し、構築した数学モデルの数値シミュレーション、および数値シミュレーションにより得られた神経活動のデータ統計解析を行い、電気生理学実験により報告されている神経活動の特性を再現するパラメータの探索に取り掛かることができた。これは申請書の実施計画のとおりであるため、おおむね順調に進展していると判断した。

今後の研究の推進方策

令和4年度はまず引き続き、構築した3細胞集団で構成されるラットの体性感覚野の第4層の神経ネットワークの数値シミュレーションを行い、数値シミュレーションにより得られた神経活動のデータ統計解析を行い、電気生理学実験により報告されている神経活動の特性を再現するパラメータの探索し、パラメータを決定する。その上で、実施計画に従い神経活動の数値解析を行う。また、神経ネットワークの細胞構成を変化させ、同様の解析を行うことで、研究目的を達成する。

次年度使用額が生じた理由

COVID-19の影響により、参加予定であった学会の中止やオンライン開催により支出額が大きく計画と変わったため、次年度使用額が生じた。次年度以降、本年度できなかった研究成果の発表などに使用する。

  • 研究成果

    (5件)

すべて 2022 2021

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 2件) 学会発表 (1件)

  • [雑誌論文] リザバーコンピューティングを用いた視覚情報処理モデルの構築に向けた階層的ネットワークの解析2022

    • 著者名/発表者名
      新川拓海,加藤秀行
    • 雑誌名

      電子情報通信学会 信学技報

      巻: 121 ページ: 23-28

  • [雑誌論文] 異なる内部状態のニューラルネットワークの発達過程の解析2022

    • 著者名/発表者名
      清水翔,加藤秀行
    • 雑誌名

      電子情報通信学会 信学技報

      巻: 121 ページ: 61-66

  • [雑誌論文] STPシナプスにおける入力発火率依存的機能の変化2021

    • 著者名/発表者名
      加藤秀行
    • 雑誌名

      電子情報通信学会 NOLTAソサイエティ大会講演論文集

      巻: 1 ページ: NLS-39

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Analyses on effects of target-specific plasticity in recurrent neuronal networks2021

    • 著者名/発表者名
      Hideyuki Kato
    • 雑誌名

      Proceedings of Nonlinear Science Worksho

      巻: 1 ページ: NLSW-55

    • 査読あり
  • [学会発表] ネットワークモチーフによる力学系の時系列分類法の一検討2022

    • 著者名/発表者名
      川口雅斗,加藤秀行
    • 学会等名
      電子情報通信学会2022年総合大会

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公開日: 2022-12-28  

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