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2013 年度 実施状況報告書

無限次元の情報幾何学を用いた脳活動のモデリング

研究課題

研究課題/領域番号 24700301
研究機関東北大学

研究代表者

三浦 佳二  東北大学, 情報科学研究科, 助教 (60520096)

キーワード情報幾何学 / セミパラメトリック推定 / ノイズ相関 / 時系列解析
研究概要

神経科学において、複数の神経細胞から同時に電気活動が記録できる実験を行った場合に、細胞の応答特性と合わせて、細胞同士が繋がっているかを特定できることは重要である。その目的のためには、神経細胞の活動の相関を見ることが有効とされて、広く電気生理実験において用いられてきている。しかしながら、従来の相関係数を用いた推定方法だと、神経細胞の活動が非定常なトレンドを持ってドリフトしているような場合には、神経細胞間の繋がりを反映したものではなく、ベースラインのトレンドの時間発展の形のみを反映した誤った相関の値を推定してしまう。そこで、本研究においては、無限次元の情報幾何学を用いたセミパラメトリック推定を行うことで、ベースラインの活動がどのようなドリフトをする場合でも、ドリフトの影響は一切受けず、細胞間の活動の(ゆらぎの)相関を正しく推定する方法を開発した。またさらに、この推定方法がシミュレーションにより生成した時系列に対してうまくいくことを実証した。この成果は、以下の論文として出版された:
Keiji Miura, “A Semiparametric Covariance Estimator Immune to Arbitrary Signal Drift”
Interdisciplinary Information Sciences, Vol. 19 (2013) , No. 1, pp. 35-41.

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

情報幾何学を利用したデータ解析手法を開発し、本年度出版された。
現在進行中の研究では、脳の触覚のモデルを提案し(投稿中)、当初の予定通り、現代幾何学を応用して、データ解析手法を開発するだけではなく、脳のモデルを提案するというスタイルの研究も行い始めた。

今後の研究の推進方策

今後は、データ解析手法の理論的な開発のみに終わらせることなく、視覚野などから計測された神経活動の実データに対して応用する予定である。メソッド論文などの形で、実データ解析の例も見せて、ユーザーフレンドリーな形で提案手法を紹介することも目標としたい。
予期せず研究が進展した部分としては、情報幾何学の理論の範疇にとどまらず、より一般的な現代幾何学の分野まで手法を広げて、研究を進められるようになってきた点である。現代幾何学を応用した革新的な脳理論として、まずは触覚のモデルを構築することを目指す。

次年度の研究費の使用計画

次年度使用額は、今年度の研究を効率的に推進したことに伴い発生した未使用額であり、平成26年度請求額とあわせ、平成26年度の研究遂行に使用する予定である。
繰り越した額は、国際学会発表(SIAM)のための旅費として使用する予定である。

  • 研究成果

    (6件)

すべて 2013 その他

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件) 学会発表 (4件) (うち招待講演 1件)

  • [雑誌論文] The dorsomedial striatum encodes net expected return, critical for energizing performance vigor2013

    • 著者名/発表者名
      Alice Y. Wang, Keiji Miura, Naoshige Uchida
    • 雑誌名

      Nature Neuroscience

      巻: 16 ページ: 639-647

    • DOI

      10.1038/nn.3377

    • 査読あり
  • [雑誌論文] A Semiparametric Covariance Estimator Immune to Arbitrary Signal Drift2013

    • 著者名/発表者名
      Keiji Miura
    • 雑誌名

      Interdisciplinary Information Sciences

      巻: 19 ページ: 35-41

    • DOI

      10.4036/iis.2013.35

    • 査読あり
  • [学会発表] Effects of Noise Correlations on Population Coding

    • 著者名/発表者名
      Keiji Miura
    • 学会等名
      Francis Crick Symposium on Neuroscience: The Changing Brain
    • 発表場所
      Shanghai, China
  • [学会発表] Dynamical Systems Design of Silicon Neurons using Phase Reduction Method

    • 著者名/発表者名
      Kazuki Nakada, Keiji Miura, Tetsuya Asai
    • 学会等名
      Neuro2013
    • 発表場所
      Kyoto
  • [学会発表] Neural implementation of shape-invariant touch counter based on Euler calculus

    • 著者名/発表者名
      Keiji Miura, Kazuki Nakada
    • 学会等名
      ISNNE(The 1st International Symposium on Neuromorphic and Nonlinear Engineering)
    • 発表場所
      Tokyo
  • [学会発表] 非定常な神経活動からのノイズ相関の推定

    • 著者名/発表者名
      三浦佳二
    • 学会等名
      神経科学と統計科学の対話4
    • 発表場所
      東京
    • 招待講演

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公開日: 2015-05-28  

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