臨界発火時系列を利用した大脳皮質-皮質間局所回路網の理論的解明

使用临界放电时间序列理论阐明大脑皮层和皮层之间的局部网络

基本信息

批准号：
17700318
负责人：
寺前順之介
金额：
$ 1.79万
依托单位：
The Institute of Physical and Chemical Research
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 2007
项目状态：
已结题

项目摘要

認知・短期記憶・統合等、脳によって処理される高次機能は大脳皮質によって担われていると考えられる。回路構造の同定には極めて多数の神経細胞間の結合を調査する必要があり、現在の解剖学、生理学的手法では限界があるため、本研究は、実験結果と数理的な解析を統合する事で、大脳皮質局所回路構造の青写真を得ることを目的とした。我々は、大脳皮質スライス生理実験で観測された自発発火活動の伝播過程に着目し、そこで観測されるほぼ正確なべき乗法則から、同期的な細胞集団の発火を安定して伝播させる連鎖的な回路構造が多数、多様な規模で存在し、それらが互いに絡み合う事で皮質局所回路が構成されるという提案を行い、この回路構造がべき乗法則に従う発火伝播を可能にする事を理論的に示した。本年度は、さらに皮質局所回路を構成する神経細胞固有にも着目し、皮質の基本構造である6層構造の特徴づけも理論的に試みた。神経細胞は周期発火時の応答特性により2種類に分類される。しかしこの分類は緩やかな物であり、同一分類内でも応答特性は決して均一ではない事が先行研究で指摘されて来た。我々は不均一性が集団挙動に及ぼす影響を理論的に解明する事で、6層構造各層の特徴的な発火特性を推定し、局所回路構造の解明に生かす事を試みた。その結果、不均一性の程度によって周期発火する神経細胞集団の位相同期特性が相転移的に変化する事を見出した。II/III層の神経細胞は広い発火率領域に対して安定した同期状態を示すが、IV層の神経細胞では発火率に応じて位相同期の転移が実際に起き得ることを示す事にも成功した。

大脑处理的高级功能，例如认知、短期记忆和整合，被认为是由大脑皮层执行的。电路结构的识别需要研究极大量神经元之间的连接，而目前的解剖学和生理学方法存在局限性，因此本研究旨在整合实验结果和数学分析，以获得局部电路结构的蓝图。大脑皮层。我们专注于在大脑皮层切片生理实验中观察到的自发放电活动的传播过程，并基于在那里观察到的几乎精确的幂律，我们发现了一个稳定传播同步细胞群放电的链式电路，我们提出了皮层局部电路。是由许多不同尺度的结构的存在及其相互交织构成的，并从理论上证明了这种电路结构能够根据幂律进行发射传播。今年，我们还关注了构成皮质局部回路的神经元的特异性，并尝试从理论上表征作为皮质基本结构的六层结构。神经元根据其周期性放电期间的响应特征分为两种类型。然而，先前的研究指出，这种分类是松散的，即使在同一分类内，反应特征也绝不统一。通过从理论上阐明异质性对集体行为的影响，我们尝试估计六层结构中每一层的特征发射特性，并利用它来阐明局部电路结构。结果，我们发现周期性放电神经元群体的相位同步特性根据异质性程度以相变方式变化。尽管 II/III 层中的神经元在较宽的放电频率范围内表现出稳定的同步，但我们也成功地证明了相位同步转换实际上可以在 IV 层神经元中发生，具体取决于放电频率。

项目成果

期刊论文数量（0）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Reliabiity of spike timings on pulse-coupled networks of neurons

神经元脉冲耦合网络尖峰时序的可靠性

DOI：
发表时间：
2008
期刊：
影响因子：
0
作者：
Y. tsubo;J. Teramae;and T. Fukai;Jun-nosuke Teramae;Jun-nosuke Teramae;Jun-nosuke Teramae;J. Teramae and T. Fukai
通讯作者：
J. Teramae and T. Fukai

Synchronization of excitatory neurons with strong heterogeneous phase responses

具有强异相响应的兴奋性神经元的同步

DOI：
发表时间：
2007
期刊：
Physical review letters 99
影响因子：
0
作者：
Y. tsubo;J. Teramae;and T. Fukai
通讯作者：
and T. Fukai

Computational studies of activity propagations through feed-forward networks of burst neurons

通过突发神经元前馈网络进行活动传播的计算研究

DOI：
发表时间：
2007
期刊：
影响因子：
0
作者：
Y. tsubo;J. Teramae;and T. Fukai;Jun-nosuke Teramae;Jun-nosuke Teramae;Jun-nosuke Teramae;J. Teramae and T. Fukai;J. Teramae H. Cateau AD Reyes and T. Fukai
通讯作者：
J. Teramae H. Cateau AD Reyes and T. Fukai

DOI：
{{ item.doi }}
发表时间：
{{ item.publish_year }}
期刊：
{{ item.journal_name }}
影响因子：
{{ item.factor }}
作者：
{{ item.authors }}
通讯作者：
{{ item.author }}

数据更新时间：{{ journalArticles.updateTime }}

作者：
{{ item.author }}

数据更新时间：{{ monograph.updateTime }}

作者：
{{ item.author }}

数据更新时间：{{ sciAawards.updateTime }}

作者：
{{ item.author }}

数据更新时间：{{ conferencePapers.updateTime }}

作者：
{{ item.author }}

数据更新时间：{{ patent.updateTime }}

寺前順之介其他文献

カオス力学を基軸にした複雑系脳科学への先駆的な貢献 -- 脳科学の数学原理

基于混沌动力学的复杂系统脑科学的开创性贡献——脑科学的数学原理

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
小林曉吾;髙島魁斗;寺前順之介;松尾直毅;津田一郎
通讯作者：
津田一郎

大学空手道部におけるメントレアプリで収集した心理状態と睡眠時間の関係性の考察

考虑在大学空手道俱乐部中使用 Mentre 应用程序收集的心理状态与睡眠时间之间的关系

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
小林曉吾;髙島魁斗;寺前順之介;松尾直毅;津田一郎;中谷圭吾，磯貝浩久，斉藤嘉子，杉野友厚，堀尾恵一
通讯作者：
中谷圭吾，磯貝浩久，斉藤嘉子，杉野友厚，堀尾恵一

大脳皮質における揺らぎの起源と神経情報処理における機能

大脑皮层波动的起源和神经信息处理的功能

DOI：
发表时间：
期刊：
影响因子：
0
作者：
Kaku Yamaguchi;Jun-nosuke Teramae;Naoki Wakamiya;Jun-nosuke Teramae;Jun-nosuke Teramae;嘉田久嗣，寺前順之介，徳田功;Jun-nosuke Teramae;Jun-nosuke Teramae;Jun-nosuke Teramae;寺前順之介;寺前順之介;寺前順之介
通讯作者：
寺前順之介