共通揺動外力による非線形素子のコヒーレンスと神経細胞ネットワークでの同期の制御

通过共同的外部振荡力控制神经元网络中非线性元件的相干性和同步性

基本信息

批准号：
09J06640
负责人：
新井賢亮
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 JSPS Fellows
财政年份：
2009
资助国家：
日本
起止时间：
2009 至 2011
项目状态：
已结题

项目摘要

レバー押しタスク中のラットの運動野からの多細胞記録した細胞のレバー保持期間中の活動を解析した。結果として保持期間中500ミリ秒の活動のトライアル毎の揺らぎの大きさで細胞を分類すると2つの郡に分けられる事が明らかになった。一つの郡はスパイク数の分布がおおよそポワソン過程と考えて良い郡と、もう一つはそれ以上の揺らぎを持つプロセスから生成されている郡があると考えられる。この大きな揺らぎは二値の違うポワソン過程の重ね合わせ(平均発火率がLO,HI状態をとる)と考える事ができる。更に二値の活動を持つ細胞同士はお互いの状態遷移の相関の絶対値が高い事もわかった。即ちトライアル毎、毎回同じ行動をとっていると思われる動物でも、脳内では毎回違う細胞集団が活動していて、集団の数もペア毎相関の分布から考えて3～5個くらいと考えられる。何故集団が出来るのかは定かでは無いが、解析によると細胞の約1割程が前回のトライアルで報酬が貰えたか否かによって今トライアルの平均発火率が強く相関している事が明らかになった。また、ラットが報酬を貰えているトライアルは全体の3～6割くらいと、まだタスクで報酬を得られるための条件を試行錯誤で解明しようとしている状態と考えられる。これを踏まえると、この細胞集団は試行錯誤を介しての学習過程の運動野の活動の自己組織化ではないかと考えられる。この可能性においては「今後の研究の推進方策」について詳しく述べる。海外の研究者との共同研究において、振動子集団の共通ノイズによる同期現象を引き起こす最適なダイナミクス(位相応答曲線)の解明は完成した。求められた位相応答曲線は実験的に求められたウミウシの眼の位相応答と良く似ており、ウミウシの眼での情報処理は複数の細胞間の同期、または刺激に対して信頼性の高い応答を実現する為にこのダイナミクスになっていると考えられる。

分析了在杠杆保留期间，在杠杆式任务期间，来自大鼠运动皮层的多细胞记录的细胞的活性进行了分析。结果，揭示了当细胞根据保留期间500毫秒活性试验的幅度进行分类时，它们可以分为两个县。人们认为一个县的尖峰数字分布大致可以被认为是泊松过程，而另一个县是由于更多波动而产生的。这种大波动可以被视为二元泊松过程的叠加（平均射击率需要LO和HI状态）。此外，发现具有二元活性的细胞在彼此的状态转变之间具有很高的绝对相关性。换句话说，即使在每次似乎行为相同行为的动物中，每次不同的细胞种群都在大脑中活跃，并且考虑到每对相关性的分布，人们认为种群的数量约为3至5。目前尚不清楚为什么会形成一个组，但是分析表明，大约10％的细胞与当前试验的平均发射率密切相关，具体取决于上一次试验中是否得到了奖励。此外，大约30％至60％的大鼠获得奖励的总试验，并且人们认为他们仍在试图找出通过试验和错误通过任务获得奖励的条件。鉴于此，人们认为这种细胞种群是通过试验和错误在学习过程中运动皮层活动的自组织。关于这种可能性，我们将详细解释“促进未来研究的方法”。与海外研究人员合作，已经完成了振荡器种群中常见噪声引起的最佳动力学（相位响应曲线）的阐明。获得的相位响应曲线与Sea Slug眼睛的实验确定的相位响应非常相似，并且人们认为，Sea Slug眼中的信息处理具有这种动态，以实现对刺激的可靠响应。