樹状突起における非線形な入力加算を考慮した大脳皮質の神経回路モデルの研究

考虑树突非线性输入加法的大脑皮层神经回路模型研究

基本信息

批准号：
04J10834
负责人：
森田賢治
金额：
$ 1.22万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2004
资助国家：
日本
起止时间：
2004 至 2005
项目状态：
已结题

项目摘要

前年度に得られた単一神経細胞および神経回路網の数理モデルの動特性についての解析結果を踏まえて、より具体的な高次脳活動・機能に関わる研究へと展開を図った。大脳皮質においては、神経細胞集団が30-80Hz程度の振動的活動を示すγ振動と呼ばれる現象が知られており、短期記憶、作業記憶、注意など脳の高次機能への関与が近年盛んに研究されている。そのγ振動の発生や維持にはGABA性神経細胞を含めた局所回路の動特性が大きく関わることが明らかとなってきた。そこで、そうしたγ振動に起因する振動的入力を受けた場合の神経細胞及び神経集団の出力・応答特性に着目し、GABAA受容体塩化物イオンチャネルの反転電位(以下GABA反転電位と略記)によって振舞いがどのように変わりうるかも含め理論的に解析した。具体的には、興奮性とGABA性という2種類の周期的入力を、前年度の研究結果を踏まえて検討した神経細胞および神経集団の数理モデルに入力として与え、それらの位相差によって出力応答がどのように変わるかをシミュレーションおよび分岐解析によって調べた。その結果、体性感覚野の錐体細胞などで実際に報告されたようにGABA入力の反転電位が静止電位よりも少し高い条件下では、位相差が小さい場合にはGABA性入力が抑制的に働く一方、位相差が大きい場合には同じGABA性入力は促進性の効果をも持ちうることを示した。また、入力conductance波形の時間幅が長く確率的ノイズが存在する条件の下で多数の神経細胞からなる集団を解析し、2種類の周期入力の位相差が、平均発火率のなめらかな両方向性の変化に変換される可能性を指摘した。このような変換特性が、大脳皮質の局所回路のレベルでの、神経情報コーディングの変換の機構として機能している可能性が示唆される。

基于上一年获得的单个神经元细胞和神经网络数学模型的动态特征的分析结果，我们已将更具体的研究扩展到更高阶段的大脑活动和功能。在脑皮质中，一种称为伽马振荡的现象，即神经元细胞群体表现出约30-80 Hz的振荡活性，近年来因其参与较高的大脑功能（例如短期的短期，工作记忆记忆，工作记忆和注意力）而进行了积极研究。很明显，包括GABA神经元在内的局部电路的动态特征与γ振动的产生和维持很大程度上涉及。 Therefore, we focused on the output and response characteristics of neuronal cells and neural populations when receiving oscillatory inputs caused by such γ vibrations, and theoretically analyzed the behavior of GABA receptor chloride ion channels, including how it could change depending on the inversion potential of GABA receptor chloride ion channels (hereinafter abbreviated as GABA inversion potential).具体而言，根据前几年研究的结果，对两种类型的环状输入，兴奋性和GABA作为对神经元细胞和神经种群数学模型的输入，以及模拟和分叉分析研究了由于相位差异而导致的输出响应如何变化。结果，正如在体感区域中的锥体细胞中实际报道的那样，在GABA输入的倒电势略高于静止电位的条件下，当相位差异时，GABA输入在相同的GABA输入时会抑制，而相同的GABA输入也可以在相位差时具有启动子效应。此外，我们分析了在输入电导波形的时间宽度很长的条件下，许多神经元的人群很长，并且存在随机噪声，并指出了两种定期输入之间的相位差异可以转化为平均发射速率的平稳，双向变化的可能性。建议这种转换特性可以作为在大脑皮层中局部电路水平上神经信息编码转换的机制。