| 研究課題/領域番号 |
23500186
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| 研究機関 | 川崎医療福祉大学 |
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研究代表者 |
福島 康弘 川崎医療福祉大学, 医療福祉学部, 講師 (00384719)
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| 研究分担者 |
塚田 稔 玉川大学, 脳科学研究所, 客員教授 (80074392)
津田 一郎 北海道大学, 電子科学研究所, 教授 (10207384)
山口 裕 北海道大学, 電子科学研究所, 助教 (80507236)
相原 威 玉川大学, 工学部, 教授 (70192838)
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| キーワード | 学習・記憶 / 時系列パターン刺激 / カントールコーディング / 理論と実験との対応 |
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| 研究概要 |
本研究の目的は学習と記憶の情報表現について、『部分と全体の情報をどのように表現しているのか』に着目して生理実験を実施し、その情報表現の基本原理を抽出し、その原理に基づくモデルを構築することである。
具体的には、１．海馬の文脈配列情報（時系列情報）がフラクタルコードとしてCA1に記録されているかどうかを生理実験とモデルで検証する。２．海馬ではボトムアップ（部分情報）の時空間学習則(nonHEBB)とトップダウン（全体情報）のHEBB 則の相互作用によって強化学習がなされるとの仮説を単独ニューロンの空間情報処理に注目して、生理実験とモデルによって検証する。
平成24年度に関しては特に１．に注目し、研究を進めてきたが、平成25年度に関しては、２．の視点も交えて研究を進めた。研究代表者である福島が研究分担者である相原および指導下の大学院生と共同で、生理学実験を担当した。玉川大学にある高速アンケージング多点刺激装置付の共焦点レーザー顕微鏡装置を利用し、海馬CA3-CA1 の神経回路におけるカントールコーデングの可能性の検証を、海馬スライス標本での実験系で開始した。特定順序のランダム時空間系列パターンで刺激を作成し、海馬CA1 錐体細胞の樹状突起上の4カ所のシナプス相当領域に刺激をおこなった。データ解析は研究代表者である福島が、研究分担者である津田、山口と共同で行っている。平成24年度までの、従来おこなったような定常状態での強弱刺激のカントールコーディングによる海馬への書き込みが、共焦点レーザー装置を用いた刺激でも同様におこなわれることが確認された結果に加え、平成25年度では、非定常状態でのニューロン応答の変化について、樹状突起上で見られるローカルスパイクに着目して学習との関連について解析をおこなっている最中である。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
これまで、１．カントールコーディングの入力空間依存性、２．非定常状態（学習条件）でのカントールコーディングの精度、の３点に着目して生理学実験をおこなってきた。24年度においては、両者とも十分な結果が得られなかったが、25年度に関しては若干の進歩が見られた。１．に関しては、刺激位置を細胞体に近い樹状突起側でのカントールコーティングの精度と、細胞体から遠い位置でのカントールコーディングの精度を比較し、樹状突起位置での全体での傾向をはっきりさせたうえで、刺激位置間での距離を十分に離した実験をおこなった結果、ニューロン毎ではあるが、入力位置による依存性の傾向がみられた。また、２．に関しては、これまでと比べ、十分に強い刺激強度での刺激をおこなうことにより、学習の効果が十分に見られるようになった。一方で、１．、２．それぞれに関して、ニューロン毎の個体差が大きく、従来通りの解析方法でははっきりとしたニューロン間共通の傾向が見られなかった。新しい解析方法を導入し、共通の法則性を見いだしていく必要があると考える。
これらの理由により、ある程度の進展は見られるが論文作成にはもう少し時間がかかるため「やや遅れている」の自己評価とした。
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| 今後の研究の推進方策 |
26年度に関しては、以下の3点に着目し、研究を進めていこうと考えている。
a.今までとった生理学実験でのデータを活かすため、従来の解析方法に加え、新しい解析方法を導入していく。今までよりも、樹状突起の構造と刺激位置の対応についてより詳しい解析をおこなっていく予定である。その際のポイントとなるのが、樹状突起上でみられるローカルスパイクである。我々のデータにおいて、可塑的な変化の前には、ローカルスパイク様の応答が特徴的に見られることが多かった。構造・刺激位置・可塑性・ローカルスパイクという４つの要因を上手く組み合わせ、従来通りの解析では十分な共通性の見られなかったデータから法則性を見いだしていこうと考えている。
b.従来通りの解析でも一定の法則性を見いだすために、系列刺激の時空間パターンの特徴をより強調した形での生理実験をおこなっていく。今までは、ランダムな時系列刺激を樹状突起の1箇所ずつ与えることによる応答を調べていた。しかし、今回から、疑似同時入力として、短い時間差で複数の刺激位置への入力をおこなうことにより、刺激の時空間情報の違いをより明確にしていく。この変更により、応答の可塑的な変化の差がはっきりし、ニューロン間で共通の法則が現れることが期待される。
c.刺激パターンを複雑にしたb.のパターンに加え、非定常状態のカントールコーディングの精度のみに特化した従来までの実験に近いシンプルな実験系も立ち上げる。 刺激位置を限定することにより、学習による効果が、よりくっきりと浮かび上がる上がることが期待される。
26年度は、本科研費課題の最終年度である。今回の科研費課題による実験の成果を活かしたa.の内容を論文にまとめること、今までのカントールコーディング研究の直接的な延長上にあるb.c.に関わる実験結果をまとめること、が26年度の実質的な目標となる。
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| 次年度の研究費の使用計画 |
当初の予定より、論文作成の日程が遅れており、論文の投稿料5万円と論文校閲料5万円を使用しなかった分、10万円ほど次年度への繰り越しが生じた。また、実験装置（レーザーアンケージング装置一式）のメンテナンス期間が予定よりも長くかかってしまった分、実験をおこなう回数が少なくなり、実験動物や実験用の消耗品費の消費が少なくなってしまった。
若干、データ解析や新しい理論モデルの呈示が遅れ気味ではあるが、研究計画通り、生理学実験のために必要な実験動物や試薬他各種消耗品、実験データの解析や計算論的モデルに必要なコンピュータ関係のソフトや保存装置を中心に研究費を使用させていただく予定である。また、研究グループ間の情報共有や意見交換を密にするために必要な交通費や宿泊費に関しても研究費を使用させていただきたいと考えている。加えて、最終年度ということもあり、論文の投稿や論文校閲にも研究費を使わせて頂こうと考えている。
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