【研究分野】感性情報学・ソフトコンピューティング

【研究領域課題番号】20500201 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

位相応答曲線 / ダイナミッククランプ / ベイズ統計 / 統計力学 / 確率過程 / 電気生理実験 / 摂動応答実験 / 海馬

【研究成果の概要】

本研究は、摂動実験と数理解析を駆使して海馬局所回路網の情報処理メカニズムを理解することを目的としている。摂動実験により細胞の位相縮約モデルを同定し、神経回路の縮約記述を得て、その情報処理メカニズムの解明を行うものである。(1)摂動実験のためのダイナミッククランプシステムを構築。(2)ダイナミッククランプを用いた摂動実験によりラット海馬CA1錐体細胞の確率的位相縮約モデルを推定。(3)ダイナミッククランプで実細胞による仮想回路を構成し、推定した確率的位相縮約モデルの有効性を検証。(4)推定した位相縮約モデルを用いて、海馬の場所細胞等の情報表現を説明。これらの一連の研究成果により、ボトムアップ的理解とトップダウン的理解が整合性を保って行われたことになる。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2008 - 2010

【配分額】4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円)

【研究分野】生体生命情報学

【研究領域課題番号】18700299 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

位相応答曲線 / 摂動応答実験 / ベイズ統計 / 自由エネルギー / 事後確率最大化 / 確率過程 / 電気生理実験 / 神経細胞 / 振動子

【研究成果の概要】

平成18年度は、ベイズ統計の枠組みで位相応答曲線を推定するアルゴリズムを構築し、その有効性を数値実験で検証した。平成19年度は、観測過程をより厳密に取り扱った改良版アルゴリズムを構築した。そして、改良版アルゴリズムが位相応答曲線と細胞に内在する白色雑音強度を推定できることを、計算機による数値実験で確認した。次に、本アルゴリズムで推定可能となった位相応答曲線と雑音強度に基づいて、神経回路網の確率的挙動をフォッカープランク方程式で記述する方法を開発した。計算機による数値実験により、高い精度でフォッカープランク方程式が回路網の確率的挙動を追跡できることを確かめた。
電気生理実験を専門とする下記の研究協力者と共同で、海馬CA1錐体細胞の位相応答曲線の測定を行った。測定した生理実験データに対して本アルゴリズムを適用し、細胞に内在する雑音と位相応答曲線の推定を行なった。次に、位相応答曲線の測定を行づた細胞に、その他の細胞からのシナプス入力を模擬した周期外力を入れて、細胞のスパイクタイミングを測定した。そして、スパイクタイミングと周期外力間の位相差の頻度分布を求めた。そして、この頻度分布とフォッカープランク方程式で理論的に予測した確率密度関数と比較して、両者が一致することを確かめた。これらの成果により、位相応答曲線を用いてIN-VITROネットワークを構築することが技術的に可能になった。
[研究協力者]
東京薬科大学・生命科学部・教授 宮川博義 電気生理実験
東京薬科大学・生命科学部・研究員 渡部重雄 電気生理実験

【研究種目】若手研究(B)

【研究期間】2006 - 2007

【配分額】2,900千円 (直接経費: 2,900千円)