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2011 Fiscal Year Annual Research Report

異なる入力情報の相互作用による自己組織化メカニズムの解明

Planned Research

Project AreaThe study on the neural dynamics for understanding communication in terms of complex hetero systems
Project/Area Number 21120006
Research InstitutionTamagawa University

Principal Investigator

相原 威  玉川大学, 工学部, 教授 (70192838)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 酒井 裕  玉川大学, 脳科学研究所, 准教授 (70323376)
藤井 聡  山形大学, 医学部, 教授 (80173384)
Keywords情報統合 / 海馬 / 聴覚野 / トップダウン / 可塑性
Research Abstract

近年、ボトムアップ情報のみに依存した外界モデルの形成メカニズムは実験的にも理論的にもかなり明らかになってきているが、情報創成の視点から見たトップダウン機能を実現するメカニズムに関する研究はほとんどない。本研究ではトップダウンの作用として、報酬・罰や注意などに応じた感覚情報(ボトムアップ情報)統合への修飾に注目し、個体の目的に合わせた脳内モデルの自己組織化を可能にするメカニズムを探る。ボトムアップとトップダウンというヘテロな系の相互作用ダイナミクスを実験と理論の両側面から明らかにすることで、コミュニケーションの脳内神経機構を探る糸口としていく。具体的には下記の2つの研究を行った。
1.細胞レベルのトップダウンとボトムアップの相互作用:海馬CA1野及び歯状回のローカルなネットワークにおいて報酬系や注意などにかかわるトップダウン入力が、いかにニューロンにおけるボトムアップ型情報の統合に影響を与えるかを調べた。結果として注意などに関わるトップダウン入力としてのアセチルコリンが、CA1野のボトムアップ入力による可塑性を促進することが分かった。また海馬歯状回でのトップダウン入力の影響を調べる前実験として、樹状突起の近位ブランチへのボトムアップ入力同士が非線形加算を行っていることを明らかにした。
2.ネットワークレベルのトップダウンとボトムアップの相互作用:皮質間ネットワークのレベルにおいても、ボトムアップ的な異なる入力の連合学習が、トップダウン入力の状況下でどのように影響を受けるかを調べてきた。結果として恐怖条件付け後に、電気刺激のみでも聴覚野応答が起きることが分かり、ネットワークレベルにおけるアセチルコリンの役割を明らかにした。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

細胞レベルの実験として行ったCA1野における、トップダウン入力としてのアセチルコリンがボトムアップ入力(CA3からの入力)の可塑性に与える影響の結果は、Neuroscience誌に、またネットワークレベルの結果はCognitive Neurodynamics誌に掲載できた。

Strategy for Future Research Activity

中間評価において、領域全体に対し実験と理論面での研究の融合を強調された。当研究課題においては理論系の研究者との共同研究に発展がみられたが、それをさらに推し進めていきたい。

  • Research Products

    (34 results)

All 2012 2011 Other

All Journal Article (5 results) (of which Peer Reviewed: 5 results) Presentation (28 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Activation of Inositol 1, 4, 5-trisphosphate receptors during preconditioning low-frequency stimulation leads to reversal of long-term potentiation in hippocampal CA1 neurons2012

    • Author(s)
      Yamazaki Y
    • Journal Title

      Neuroscience

      Volume: 207 Pages: 1-11

    • DOI

      10.1016/j.neuroscience.2012.01.045

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Optical imaging of plastic changes induced by fear conditioning in the auditory cortex2012

    • Author(s)
      Ide Y
    • Journal Title

      Cognitive Neurodynamics

      Volume: 6 Pages: 1-10

    • DOI

      10.1007/s11571-011-9173-x

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Suppressive effect of preconditioning low-frequency stimulation on subsequent induction of long-term potentiation by high frequency stimulation in hippocampal CA3 neurons2012

    • Author(s)
      Yamazaki Y
    • Journal Title

      Brain Research

      Volume: 6 Pages: 15-23

    • DOI

      DOI:10.1016/j.brainres.2012.02.025

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Cholinergic modulation on spike timing-dependent plasticity in hippocampal CA1 network2011

    • Author(s)
      Sugisaki E., Fukushima Y., Tsukada M., and Aihara T.
    • Journal Title

      Neuroscience

      Volume: Vol.192 Pages: 91-101

    • DOI

      10.1016/j.neuroscience.2011.06.064

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Spatiotemporal characteristics of synaptic EPSP summation on the dendritic trees of hippocampal CA1 pyramidal neurons as revealed by laser uncaging stimulation2011

    • Author(s)
      Yoneyama M
    • Journal Title

      Cognitive Neurodynamics

      Volume: 5 Pages: 333-342

    • DOI

      DOI:10.1007/s11571-011-9158-9

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Non-linearities in the rat hippocampus dentate granule cell2012

    • Author(s)
      上條中庸
    • Organizer
      第89回日本生理学会大会
    • Place of Presentation
      長野県松本文化会館(長野県)
    • Year and Date
      2012-03-29
  • [Presentation] 海馬CA1樹状突起の入力統合機能の研究2012

    • Author(s)
      武石歴名
    • Organizer
      電子情報通信学会総合大会2012
    • Place of Presentation
      岡山大学(岡山県)
    • Year and Date
      2012-03-21
  • [Presentation] 海馬樹状突起における非線形情報処理の解析2012

    • Author(s)
      上條中庸
    • Organizer
      ニューロコンピューティング研究会
    • Place of Presentation
      玉川大学(東京)
    • Year and Date
      2012-03-14
  • [Presentation] Regulations of dendritic menbrane potential dynamics by feed-forward/feed-back inhibitory inputs : spatio-temporal analysis using voltage-sensitive imaging method2012

    • Author(s)
      近藤将史
    • Organizer
      第12回冬のワークショップ『脳と心のメカニズム』
    • Place of Presentation
      ルスツリゾート(北海道)
    • Year and Date
      2012-01-16
  • [Presentation] Spatial dependency of inhibitory components in hippocampal CA1 area : analysis using optical imaging method with voltage-sensitive dye2011

    • Author(s)
      M.Kondo
    • Organizer
      The 21st Annual Conference of the Japanese Neural Network Society
    • Place of Presentation
      沖縄科学技術大学院大学(沖縄県)
    • Year and Date
      2011-12-15
  • [Presentation] Nonlinearity of the input integration of in the dentate Granule cell2011

    • Author(s)
      T.Kamijo
    • Organizer
      The Society for Neuroscience, Neuroscience2011
    • Place of Presentation
      Washington DC (USA)
    • Year and Date
      2011-11-15
  • [Presentation] Different information processing depending on the dendritic locations in hippocampal granule cell2011

    • Author(s)
      H.Hayakawa
    • Organizer
      The Society for Neuroscience, Neuroscience2011
    • Place of Presentation
      Washington DC (USA)
    • Year and Date
      2011-11-15
  • [Presentation] Activation of Guinea Pig Auditory Cortex Induced by Foot Shock Alone after Fear Conditioning2011

    • Author(s)
      Y.Ide
    • Organizer
      The Society for Neuroscience, Neuroscience2011
    • Place of Presentation
      Washington DC (USA)
    • Year and Date
      2011-11-15
  • [Presentation] Acetylcholine modulation on STDP in CA1 region of hippocampus2011

    • Author(s)
      E.Sugisaki
    • Organizer
      The Society for Neuroscience, Neuroscience2011
    • Place of Presentation
      Washington DC (USA)
    • Year and Date
      2011-11-14
  • [Presentation] Inductive property of the voltage-dependent Ca^<2+>-channels to subthreshold resonance2011

    • Author(s)
      Y.Segawa
    • Organizer
      The Society for Neuroscience, Neuroscience2011
    • Place of Presentation
      Washington DC (USA)
    • Year and Date
      2011-11-14
  • [Presentation] Nonlinear information processing of the dentate granule cell in hippocampus2011

    • Author(s)
      T.Aihara
    • Organizer
      The 26th Symposium on Biological and Physiological Engineering
    • Place of Presentation
      立命館大学(滋賀県)(招待講演)
    • Year and Date
      2011-09-22
  • [Presentation] Integration of Different Sensory Modalities in the Auditory Cortex Established by Fear Conditioning2011

    • Author(s)
      Y.Ide
    • Organizer
      Neuro2011
    • Place of Presentation
      パシフィコ横浜(神奈川県)
    • Year and Date
      2011-09-17
  • [Presentation] Influence of acetylcholine on spike timing-dependent plasticity in CA1 network of rat hippocampal slices2011

    • Author(s)
      E.Sugisak
    • Organizer
      Neuro2011
    • Place of Presentation
      パシフィコ横浜(神奈川県)
    • Year and Date
      2011-09-15
  • [Presentation] Frequency-dependent information processing in the dendrite of hippocampal granule cells2011

    • Author(s)
      H.Hayakawa
    • Organizer
      Neuro2011
    • Place of Presentation
      パシフィコ横浜(神奈川県)
    • Year and Date
      2011-09-15
  • [Presentation] Interaction of different inputs in the rat hippocampal dentate gyrus2011

    • Author(s)
      T.Kamijo
    • Organizer
      Neuro2011
    • Place of Presentation
      パシフィコ横浜(神奈川県)
    • Year and Date
      2011-09-15
  • [Presentation] 海馬歯状回顆粒細胞の樹状突起における情報処理の解析2011

    • Author(s)
      早川博章
    • Organizer
      FIT2011第10回情報科学技術フォーラム
    • Place of Presentation
      函館大学(北海道)
    • Year and Date
      2011-09-09
  • [Presentation] Influences on STDP by the amplitude modulation of backpropagating action potentials2011

    • Author(s)
      近藤将史
    • Organizer
      2011年度包括脳ネットワーク夏のワークショップ
    • Place of Presentation
      神戸国際会議場(兵庫県)
    • Year and Date
      2011-08-23
  • [Presentation] Integration of different inputs in the hippocampal granule cells2011

    • Author(s)
      上條中庸
    • Organizer
      脳と心のメカニズム第12回夏のワークショップ
    • Place of Presentation
      神戸国際会議場(兵庫県)
    • Year and Date
      2011-08-21
  • [Presentation] Interaction of dendritic locations on STDP of hippocampal CA1 area using optical imaging2011

    • Author(s)
      M.Kondo
    • Organizer
      8th IBRO World Congress of Neuroscience
    • Place of Presentation
      Florence (Italy)
    • Year and Date
      2011-07-18
  • [Presentation] Modulation by acetylcholine of STDP in rat hippocampal CA1 network2011

    • Author(s)
      E.Sugisaki
    • Organizer
      8th IBRO World Congress of Neuroscience
    • Place of Presentation
      Florence (Italy)
    • Year and Date
      2011-07-18
  • [Presentation] The Influence of Fear Conditioning on Activation of Guinea Pig Auditory Cortex in the Absence of Sound2011

    • Author(s)
      Y.Ide
    • Organizer
      8th IBRO World Congress of Neuroscience
    • Place of Presentation
      Florence (Italy)
    • Year and Date
      2011-07-16
  • [Presentation] Location dependency of information processing in the dendrite of hippocampal granule cells2011

    • Author(s)
      H.Hayakawa
    • Organizer
      8th IBRO World Congress of Neuroscience
    • Place of Presentation
      Florence (Italy)
    • Year and Date
      2011-07-15
  • [Presentation] Integration of different inputs in the rat hippocampal dentate gyrus2011

    • Author(s)
      T.Kamijo
    • Organizer
      8th IBRO World Congress of Neuroscience
    • Place of Presentation
      Florence (Italy)
    • Year and Date
      2011-07-15
  • [Presentation] 海馬歯状回顆粒細胞の樹状突起における2点間の情報処理の違い2011

    • Author(s)
      早川博章
    • Organizer
      ニューロコンピューティング研究会
    • Place of Presentation
      琉球大学(沖縄県)
    • Year and Date
      2011-06-23
  • [Presentation] Integration of Hetero Inputs to Guinea Pig Auditory Cortex Established by Fear Conditioning2011

    • Author(s)
      Y.Ide
    • Organizer
      The 3rd International Conference on Cognitive Neurodynamics, ICCN2011
    • Place of Presentation
      ヒルトンニセコビレッジ(北海道)
    • Year and Date
      2011-06-10
  • [Presentation] Influence of the endogenous acetylcholine on STDP induction2011

    • Author(s)
      T.Aihara
    • Organizer
      The 3rd International Conference on Cognitive Neurodynamics, ICCN2011
    • Place of Presentation
      ヒルトンニセコビレッジ(北海道)(招待講演)
    • Year and Date
      2011-06-10
  • [Presentation] Backpropagating action potentials mediate other sites of STDP among hippocampal CA1 neuronal dendrites2011

    • Author(s)
      M.Kondo
    • Organizer
      The 15th annual meeting of the ASSC satellite
    • Place of Presentation
      京都大学(京都府)
    • Year and Date
      2011-06-07
  • [Presentation] Information processing on the dendrite in hippocampal granule cells2011

    • Author(s)
      T.Kamijo
    • Organizer
      The 15th annual meeting of the ASSC satellite
    • Place of Presentation
      京都大学(京都府)
    • Year and Date
      2011-06-07
  • [Remarks]

    • URL

      http://www.tamagawa.ac.jp/teachers/aihara

URL: 

Published: 2013-06-26  

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