歯状回の神経細胞置換を導入した海馬システムのモデル化に関する研究

通过在齿状回引入神经元替代来模拟海马系统的研究

基本信息

批准号：
17700232
负责人：
服部元信
金额：
$ 1.54万
依托单位：
University of Yamanashi
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2005
资助国家：
日本
起止时间：
2005 至 2006
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-17700232/
关键词：
海馬モデル歯状回ニューラルネットワーク記憶顆粒細胞

项目摘要

本研究では,歯状回における神経細胞の置換を考慮した海馬システムのモデル化を行い,神経細胞の置換が記憶の形成に果たす役割を明らかにすることを目的としている.本年度は以下の研究を行った.昨年度に引き続き,詳細な研究が多く行われているげっ歯目を中心に,歯状回顆粒細胞の発生・死滅現象に関する生物学的研究成果の調査を行い,ラットに関する知見に基づいた海馬システムのモデルを構築した.構築したモデルは,ニューロン数にして生体のラットの約1/1000のスケールとし,海馬の各領域の発火率や領域問の結合などについても,主にラットから得られている知見に基づいた.歯状回の神経細胞の置換については,ある一定の割合で既存の細胞がランダムに新しい細胞に置き換えられるとしてモデル化を行った.海馬における記憶の形成では,大記憶容量,追加学習能力,高速な学習能力などが不可欠な機能と考えられるが,構築したモデルを用いて,こうした機能と歯状回における神経細胞の置換との関係を計算機実験により調べた.その結果,神経細胞の置換率が大きいと,類似したパターンの記憶が容易になることがわかった.また,置換率が大きいときには,類似したパターンに関する記憶容量が増加し,追加学習の能力も高くなることがわかった.一方,学習の速さに関しては,はっきりした結果は得られなかったが,やはり類似度の高いパターンにおいて,置換率の増大に伴い学習が速くなる傾向が見られた.海馬は記憶の一時的な貯蔵庫であり,外界からの情報は一旦海馬に蓄えられた後,徐々に大脳皮質へと転写されて長期記憶が形成されると考えられている.比較的小さな部位である海馬がこのような役割を果たすためには,大記憶容量,追加学習能力,高速な学習能力を持つ必要があると考えられるが,本研究により,こうした機能に歯状回の神経細胞の置換が影響していることがわかった.

在本研究中，我们将通过考虑齿状回神经元的替换来模拟海马系统，旨在阐明神经元替换在记忆形成中所起的作用。今年，我们将继续去年的研究。今年，我们以啮齿类动物为中心，对齿状回颗粒细胞的发育和死亡现象进行了生物学研究，进行了许多详细的研究，并基于大鼠的研究结果构建了海马系统的模型。神经元的数量约为活体大鼠的 1/1000，海马体各区域的放电率以及区域之间的连接主要基于从大鼠获得的知识。关于细胞替换，我们将现有细胞建模为随机替换。海马体的记忆形成涉及大的记忆容量、额外的学习能力和高速学习能力，尽管它被认为是一项基本功能，但所构建的模型。通过计算机实验，我们研究了这些功能与齿状回神经元替换之间的关系。结果表明，神经元替换率越大，就越容易记住相似的模式。同时还发现，替换时。率大，相似模式的记忆容量增加，额外学习的能力增加。另一方面，对于相似度高的模式，替换率没有得到明确的结果。随着海马体的增大，有学习速度变快的趋势。海马体是记忆的临时储存库，外界的信息在海马体中存储后，会逐渐转移到大脑皮层，在那里据信成为长期记忆的一小部分。为了让海马体发挥这一作用，人们认为它需要具有大的记忆容量、额外的学习能力和高速学习能力。