計算論的立場からの神経細胞集団の情報処理の解明

从计算的角度阐明神经元群体的信息处理

• 批准号: 14017106
• 负责人: 中原 裕之
• 金额: $ 3.07万
• 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 Scientific Research on Priority Areas
• 财政年份: 2002
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2002 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-14017106/
• 关键词: 神経細胞集団活動; 情報幾何; 強化学習; 大脳基底核; 注意; DNAマイクロアレイ

本研究は、「計算論的立場からの神経細胞集団の情報処理の解明」という題目のもとで、神経細胞集団の発火がどのように外界の刺激を符号化・復号化するのかについてその最適性を研究した。さらに雑音の確率構造がその最適性にどのような影響を与えるかについて、いくつかの異なる構造について統一的な神経場モデルを構築して研究した。また大脳基底核の細胞が、報酬信号を利用しつつ、自己組織化を通じて、効率の良い発火パターンを示せることをしめした。同時に、大脳基底核-大脳皮質回路による逐次的運動の学習・制御のモデルとして我々の提案した多重表現仮説が逐次運動の学習・制御に関するの脳回路の仮説として適していることを示し、その議論をまとめた。以上の研究により、細胞集団の特性を把握することができた。また、同時発火がどのような機能を持ちうるかについて、モデルの立場からの研究と、情報幾何を用いたデータ解析の立場からの研究を並行して進めた。情報幾何座標系を使うと、今まで観測不可能だった高次相関を実験データからきちんと定量的に測定できることになる。これにより、今まで不可能だった神経細胞集団の発火活動の高次相関が動物の意思決定にどれくらい関与しているのかが定量的にぎろんできるようになる。これについては、この数理的研究についての論文発表を行った。実際の実験データを用いて、我々の解析手法を検討し、その学会発表も行った。更に、そのデータ解析手法については今後の発展が大いに期待されていて、その一つの応用としてDNAマイクロアレイのデータ解析の手法としても適用できることを示した。

This study aims to investigate the optimization of the information processing of neuron sets from the standpoint of computational theory. In this paper, the optimal structure of sound accuracy is studied, and the influence of different structures is studied. The cells of the basal ganglia are used for signal transduction, self-organization, and efficiency. At the same time, the basal ganglion-cortical loop of the brain is involved in the study and control of successive movements. The characteristics of the above research and cell collection are well understood. The research on the position of information geometry is carried out in parallel with the research on the position of information geometry. Information geometric coordinate system is not possible to measure high order correlation. It is impossible to separate the high-order correlation between the fire activity of the neuron population and the rational decision-making of animals. This article is about the research of mathematics and physics. In the process of implementation, the analysis method is discussed, and the system is developed. In addition, the analysis method of DNA is expected to be applied in the future.

项目成果

Nakahara, H., Nishimura, S., Inoue, M., Hori, G., Amari, S.: "Gene interaction in DNA microarray data is decomposed by information geometric measure"Bioinformatics. (in press).

Nakahara, H.、Nishimura, S.、Inoue, M.、Hori, G.、Amari, S.：“DNA 微阵列数据中的基因相互作用通过信息几何测量进行分解”生物信息学。

Takikawa, T., Kawagoe, R., Ito, H., Nakahara, H., Hikosaka, O.: "Modulation of saccadic eye movements by predicted reward outcome"Experimental Brain Research. 142・2. 284-291 (2002)

Takikawa, T.、Kawagoe, R.、Ito, H.、Nakahara, H.、Hikosaka, O.：“通过预测奖励结果调节眼球运动”实验脑研究 142・2（2002）。

Nakahara, H., Amari, S.: "Information geometric measure for neural spikes"Neural Computation. 14・10. 2269-2316 (2002)

Nakahara, H., Amari, S.：“神经尖峰的信息几何测量”14・10 2269-2316 (2002)。

Nakahara, H., Amari, S.: "Information-geometric decomposition in spike analysis. In Advances in Neural Information Processing Systems 14 (T.G. Dietterich, S. Becker, and Z. Ghahramani (Eds.)"MIT Press. 253-260 (2002)

Nakahara, H.、Amari, S.：“尖峰分析中的信息几何分解。神经信息处理系统进展 14（T.G. Dietterich、S. Becker 和 Z. Ghahramani（编辑）”MIT Press. 253-260

Hikosaka, O., Nakamura, K., Sakai K., Nakahara H.: "Central mechanisms of skill learning"Current Opinion in Neurobiology. 12. 217-222 (2002)

Hikosaka, O.、Nakamura, K.、Sakai K.、Nakahara H.：“技能学习的核心机制”神经生物学的当前观点。