発火時刻依存学習則により形成される神経回路構造とその集団発火統計

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本計画では,神経素子集団が順方向性に結合した連鎖を考え,どのような集団発火パターンの統計性を調べている.前年までの成果として,シナプス強度が時間変化しない場合に,そのシナプス強度の統計性とそれによって得られる集団発火パターンの関係が得られている.シナプス強度が発火時刻依存可塑性にしたがって時間変化する場合には,シナプス強度の統計性と集団発火パターンが相互作用し,最終的にあるシナプス強度分布と集団発火パターンに落ち着く.どのようなシナプス分布に落ち着くかを調べることが本計画の目的である.まず,Fokker-Plank方程式を用いて,集団発火パターンによって得られるシナプス強度の分布を調べる手法を開発した.この手法は,無相関なランダム入力を受けている場合に,得られる結合強度の分布を調べるための理論(Cateau & Fukai 2003;Gutig et al.2003)の拡張である.この手法と前年度までの成果と組み合わせて,相互作用の結果を調べた.その結果,最終的に落ち着くシナプス強度分布とそれに対応する集団発火パターンの性質は,各神経素子が受けている興奮性シナプスと抑制性シナプスの数や結合の共有率に依存していることがわかり,この成果により,神経細胞の集団発火パターンを観測することによって,その各神経細胞が今実効的に入力を受け取っているシナプスの総数や興奮・抑制バランス,またその集団内の結合共有率などを推測できることがわかる.