複雑な時系列を産出する神経モジュール間の相互作用

产生复杂时间序列的神经模块之间的相互作用

• 批准号: 18700303
• 负责人: 西川 淳
• 金额: $ 2.24万
• 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: 2006
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2006 至 2007
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-18700303/
• 关键词: 小鳥の歌; 発声学習; 聴覚表象; ポピュレーションコーディング; HVC; 情報量解析; 相互作用; 多点同時記録; 小鳥の歌; 発声学習; 聴覚表象; ポピュレーションコーディング; HVC; 情報量解析; 相互作用; 多点同時記録

本研究の目的は、複雑な時系列処理を司る神経モジュールの相互作用を解明することである。昨年度に引き続き、複雑な時系列からなる歌を生成・学習することのできるジュウシマツという小鳥を用いて電気生理実験を行った。歌制御系の中でも主に系列制御に関わると考えられているHVCから単一細胞記録を行い、作り得る全ての歌要素ペア刺激に対する聴覚応答を調べた。HVCニューロンはそれぞれに異なるけれども緩い系列応答特性を持つことを明らかにした。こうした緩い選択性を持った応答に時系列情報が埋め込まれているか定量的に調べるため、相互情報量解析を行った。その結果、一音目と二音目の関係性を示す関連性情報量が統計的に有意な増大を示すことを明らかにした。以上の結果より、ジュウシマツHVCにおいて歌要素系列情報がポピュレーションレベルでコードされていることが明らかとなった。HVCに限らず小鳥の脳における神経核は非常に小さいため、これまでに神経核同士の相互作用は調べられてきたが、一つの神経核の局所回路における相互作用については技術的制約から調べられてこなかった。そこで、狭い領域に多数の記録点を配置できるシリコンプローブ(8×4=32ch)を用い、HVCから同時に複数のニューロン活動を記録するためのシステムを確立した。最大で互いに異なる26ニューロンの活動を同時に記録することに成功し、それらの相互相関係数からHVC局所回路における機能的ネットワークを抽出することができた。以上の結果は、複雑な時系列処理を可能にする局所回路内相互作用の解明へと繋がる、世界に先駆けた成果である。

这项研究的目的是阐明控制复杂时间序列处理的神经模块的相互作用。从去年开始，我们使用一只名为Jushimatsu的小鸟进行了电生理实验，该实验可以产生和学习由复杂时间序列组成的歌曲。单细胞记录是从HVC进行的，HVC被认为主要参与歌曲控制系统之间的序列控制，并检查了对所有可能的歌曲元素对刺激的听觉响应。我们发现每个HVC神经元具有不同但松散的串联响应特征。为了定量检查是否将时间序列信息嵌入到这些松散的选择性响应中，进行了共同信息量分析。结果，揭示了指示第一笔记和第二笔记之间关系的相关信息的数量显示出具有统计学意义的增加。从以上结果来看，已经揭示了歌曲元素序列信息在Jushimatsu HVC的人群级别进行编码。由于小鸟大脑中的神经核（不仅是HVC）很小，因此一直研究神经核之间的相互作用，但是由于技术限制，尚未研究单个神经核的局部回路中的相互作用。因此，使用硅探针（8×4 = 32CH）同时从HVC记录了多个神经元活性，该系统可以在狭窄区域中放置许多记录点。我们能够同时记录彼此不同的26个神经元的活动，并能够从HVC本地电路中从其互相关系数中提取功能网络。以上结果是世界领先的结果，导致阐明局部电路相互作用，从而实现复杂的时间序列处理。