脳スライス組織・コンピュータ相互結合系のダイナミクス

脑切片组织/计算机互联系统动力学

• 批准号: 12750394
• 负责人: 片山 統裕
• 金额: $ 1.41万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• 财政年份: 2000
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2000 至 2001
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-12750394/
• 关键词: 海馬; 中隔; θ波; BVP振動子; 位相シフト; モジュール間相互作用; マルチニューロン活動; テトロード法; 海馬神経回路; 自発バースト活動; 相互引き込み; 強制引き込み; シナプス長期増強現象(LTP); 同期; 脳波

動物のレム睡眠期や探索行動時の海馬脳波にみられるθ波は、記憶の固定や再生の機能と関連があると考えられている。また海馬θ波は、脳内の海馬と中隔の相互作用により発生・維持されていると考えられている。この系を模擬するために、海馬モジュール(ラット海馬スライス標本)と人工中隔モジュール(AD/DA変換器を備えたパーソナルコンピュータ、PC)との相互結合系を構築した。海馬スライス標本内の多数のニューロン活動を同時計測するために、従来、生体脳で用いられてきた多重電極テトロード法を改良し、マルチニューロン活動計測システムを構築した。人工中隔モジュールは、RTLinux V.2を導入したPCを用い、海馬θ波とBVP振動子との引き込み同期現象を利用した脳波信号のリアルタイム処理により、θ波の任意の位相で刺激パルスを発生できるように設計・開発した。海馬スライス標本にムスカリン受容体作動薬であるカルバコールを投与すると、約10分後に6Hz程度のθ波様振動現象(以下θ様活動)が約1分ごとに発生・消滅した。その際、テトロードにより複数のニューロンのスパイク活動を同時計測することに成功した。海馬スライスを人工中隔モジュールと結合し、θ様活動中に電気刺激を与えたが、位相シフトは明確にはみられなかった。ニューロン活動を解析した結果、θ様活動に先行して一過性に活動が高まるタイプ、θ活動と同期して1〜2発程度のスパイクを発生するタイプ、およびθ活動と同期したバースト活動を呈するタイプのニューロンが見出された。これらの発火パターンは、興味深いことに、動物の脳内θ波発生時の海馬ニューロンのそれと類似していた。この結果は、海馬スライス標本で観測されるθ波様活動が海馬θ波と共通した発生メカニズムを有している可能性を示唆するものである。

Animal の レ ム from や explore action の hippocampal 脳 wave に み ら れ る theta は fixed の や regeneration function, memory の と masato even が あ る と exam え ら れ て い る. The interaction between the また hippocampal θ wave また and the 脳 within the <s:1> hippocampal と septa <s:1> によ また causes and maintains されて ると ると ると examines えられて る る る る. こ の is を simulation す る た め に, haima モ ジ ュ ー ル (ラ ッ ト hippocampal ス ラ イ ス specimens) と artificial septum モ ジ ュ ー ル (AD/DA - changer を prepared え た パ ー ソ ナ ル コ ン ピ ュ ー タ, PC) と の combination system を build し た. の in hippocampus ス ラ イ ス samples most の ニ ュ ー ロ を ン activities at the same time measuring す る た め に, 従 to, living body 脳 で with い ら れ て き た multi-contact テ ト ロ ー ド method modified し を, マ ル チ ニ ュ ー ロ ン activity measuring シ ス テ ム を build し た. Artificial septum モ ジ ュ ー ル は, RTLinux v. 2 を import し た PC を い, hippocampal theta と BVP vibrator と の lead き 込 み period phenomenon を using し た 脳 wave signal の リ ア ル タ イ ム 処 Richard に よ り, theta の arbitrary の phase で stimulus パ ル ス を 発 raw で き る よ う に design, open 発 し た. Specimens of hippocampal ス ラ イ ス に ム ス カ リ ン by let body actuation 薬 で あ る カ ル バ コ ー ル を cast with す る と, about 10 minutes after 6 hz に degree の theta others in vibration phenomenon (the following theta others activities) が about 1 minute ご と に 発 raw, eliminate し た. そ の interstate, テ ト ロ ー ド に よ り plural の ニ ュ ー ロ ン の ス パ イ を ク activities at the same time measuring す る こ と に successful し た. Hippocampal ス ラ イ ス を artificial septum モ ジ ュ ー ル と combined with electrical 気 し, theta に others activities stimulate を and え た が, phase シ フ ト は clear に は み ら れ な か っ た. ニ ュ ー ロ ン activity を parsing し た results, theta others activities に first し て high transient に activity が ま る タ イ プ compared with the same period, theta activity と し て degree of 1 ~ 2 発 の ス パ イ ク を 発 raw す る タ イ プ, お よ と び theta activity during the same period し た バ ー ス を ト activity is す る タ イ プ の ニ ュ ー ロ ン が shows さ れ た. こ れ ら の 発 fire パ タ ー ン は, deep interest い こ と に, animal の 脳 in theta 発 he の hippocampal ニ ュ ー ロ ン の そ れ と similar し て い た. こ の results は, haima ス ラ イ ス specimen で 観 measuring さ れ る theta others activities が hippocampal theta と common し た 発 raw メ カ ニ ズ ム を have し て い を る possibility in stopping す る も の で あ る.

项目成果

Katayama.N. et al.: "Mutual entrainment in a brain slice-artificial oscillator hybrid"Proceedings of International Symposium on Nonlinear Theory and its Applications. 2. 375-378 (2001)

片山.N.

片山統裕 他: "海馬スライス標本におけるカルバコール誘発Rhythmic Slow Activity期のニューロンダイナミクス"日本神経回路学会第12回全国大会講演論文集. (2001)

Tomohiro Katayama 等人：“海马切片制剂中卡巴胆碱诱导的节律慢活动阶段的神经元动力学”第 12 届日本神经网络学会全国会议论文集（2001 年）。

百武大介, 片山統裕 他: "海馬薄切標本におけるニューロン活動の多チャンネル計測と解析"電子情報通信学会技術研究報告. MBE2001-113. 79-86 (2001)

Daisuke Hyakutake、Tomohiro Katayama 等人：“海马切片神经元活动的多通道测量和分析”MBE2001-113 (2001)。

Katayama, N. et al.: "Brainware : Bio-Inspired Architecture and its Hardware Implementation(Editor : Miki,T)"World Scientific Publishing Co. Pte. Ltd.. 27 (2001)

Katayama, N. 等人：“Brainware：仿生架构及其硬件实现（编辑：Miki,T）”World Scientific Publishing Co. Pte.

Katayama,N. et al.: "Nonlinear dynamics of a hybrid consisting of a thin hippocampal slice and an artificial oscillator"Neurosci.Res.(suppl). 24. P-615 (2000)

片山，N.