2009 Fiscal Year Annual Research Report
脳局所神経回路における回路トポロジーの自己組織的制御メカニズム
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19500256
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
片山 統裕 Tohoku University, 大学院・情報科学研究科, 准教授 (20282030)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
辛島 彰洋 東北大学, 大学院・情報科学研究科, 助教 (40374988)
中尾 光之 東北大学, 大学院・情報科学研究科, 教授 (20172265)
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| Keywords | 多細胞記録 / トポロジー / スモールワールド / 介在ニューロン / 神経回路網 / 自己組織化 / 時空間ダイナミクス / シナプス可塑性 |
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| Research Abstract |
本研究は,脳の局所神経回路の回路トポロジーを解析し,脳情報処理における機能的意義を明らかにすることを目的として計画された.そのために,局所神経回路トポロジーの計測システムを構築するとともに,実験データに基づいた脳局所神経回路のモデリング,シミュレーションをおこなっている.平成21年度においても,脳内の神経回路のトポロジーの計測実験と数理モデルのシミュレーション研究を行った.実験では,大脳新皮質および海馬において複数ニューロン活動記録とシナプス伝達特性の解析を行った.同時記録された個々のニューロン間において,単シナプス性,および多シナプス性結合の有無を修正スパイク相互相関解析法に基づいて判定した.モデル化・シミュレーションでは,中枢ニューロン回路の自己組織化において重要な役割を果たしていると考えられる,スパイクタイミング依存性シナプス可塑性(STDP)を組み込んだスパイク発生型神経回路モデルを構築し,自己組織化のプロセスを解析した.すでに報告されているように,全結合型STDP神経回路モデルをランダムノイズで駆動すると,ニューロンが同期的に活動する3つ程度のグループに分離し,それぞれが決まった順序で興奮を繰り返す同期発火連鎖が生じることが知られている.ニューロンが3つのグループにまとまってゆくプロセスを観察した.その結果,類似した結合パターンをもつニュニロンが徐々にグループ化され,さらに類似した結合パターンを持つグループ同士が,階層的に統合されて最終的に3つ程度に集約されることを見出した.また,脳内においてはシナプス伝達に要する時間を要することに着目し.この遅延時間が同期発火連鎖の形成にどのように影響するかを調べた.その結果,最終的に形成されるグループ数に影響していることが明らかになった.
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