視覚野機能構築が生成する神経細胞活動の動的特性と文脈効果

视觉皮层功能构建产生的神经元活动的动态特征和情境效应

基本信息

批准号：
19K12743
负责人：
宮下真信
金额：
$ 2.83万
依托单位：
National Institute of Technology(KOSEN),Numazu College
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2019
资助国家：
日本
起止时间：
2019-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

LGN-V1野入力層間には、フィードフォワードな興奮性結合と抑制性細胞を介した結合がある。この抑制性介在細胞は、成体では方位選択性に乏しいが、視覚刺激に依存して興奮性細胞の膜電位の調整をしていることが示唆されている。サイン波上のグレーティング刺激を提示したとき、発火頻度モデルで記述された視覚野細胞の膜電位は、最適な方位に近いほど振幅が大きく、それと直交する方位については振幅が小さくなることから、従来は膜電位の平均値を閾値として神経細胞の出力としていた。初めに、静止電位に相当する膜電位をこの平均値のレベルと仮定し、抑制性の介在細胞の調整作用によって、膜電位が静止電位レベルに保たれるとの仮説を立て、LGN-視覚野間の結合の自己組織化数理モデルを抑制性介在細胞の膜電位調整機構を取り入れたモデルへと発展させた。従来モデルでは、シナプス後細胞のスパインに対して、シナプス前細胞の軸索終末がスパインを奪い合う競合を仮定していた。しかしながら近年、発達期ではシナプス後細胞のスパイン数が増減することで、神経可塑性が生じている実験が報告されていることから、シナプス後細胞の樹状突起でのスパインの生成消滅をモデル化し、神経ネットワークの自己組織化数理モデルをさらに精緻化した。この数理モデルを使ってシミュレーションを実行した結果、発達の初期過程ではシナプス数が増加し単純型細胞の受容野がある程度形成されるが、その後シナプス数が減少する過程で方位マップが形成されることが示唆された。この発達過程でのシナプス数の増加／減少は、臨界期の初期にシナプス数が増加し後期にシナプス数が減少して成体の数に近づくことや、皮質細胞の受容野特性の形成にそぐわないLGNからの入力線維が減少するというselection仮説とも一致している。

LGN-V1场输入层之间存在前馈兴奋性和抑制性细胞介导的结合。尽管这些抑制性介导的细胞在成年人中的选择性较差，但已建议它们根据视觉刺激调节兴奋性细胞的膜潜力。当提出正弦波上的光栅刺激时，由于膜电位更接近最佳方向，在射击频率模型中描述的视觉皮层的膜电位会增加幅度，并且在方向正交方向方向上，振幅变小。过去，平均膜电位用作阈值作为神经元输出的阈值。首先，我们假设与静息电位相对应的膜电位是该平均值的水平，并假设膜电位通过抑制性中间细胞的调节作用将膜电位保持在静息电位水平上，并开发了一种自我组织的数学模型，将LGN和视觉细胞之间的结合在模型中融合了膜的机械构成，将其结合到了膜片的机构中。在先前的模型中，假定突触前细胞中的轴突末端竞争脊柱与突触后细胞的脊柱竞争。然而，近年来，已经报道了由于发育过程中突触后细胞中棘突数量的增加或减少而导致神经可塑性的发生，因此，对突触后细胞中棘突的产生和灭绝进行了建模，并且已经进一步完善了神经网络的自组织数学模型。使用该数学模型进行了模拟，并建议在早期发育过程中突触的数量增加，并且在某种程度上形成了简单类型细胞的受体场，但突触的数量减少，导致方向图形成了方向图。发育过程中突触数的这种增加/减少与选择假说是在关键时期和突触时期的突触数量增加以接近成人数量的，以及来自LGN的输入纤维的增加，而LGN的输入纤维不符合皮质细胞的接受场特性的形成。