時空間的脳神経活動パターンの翻訳手法の開発とそれを用いた脳神経系の帰納的研究

时空神经活动模式翻译方法的开发及利用该方法对脑神经系统的归纳研究

• 批准号: 16686014
• 负责人: 高橋 宏知
• 金额: $ 19.22万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (A)
• 财政年份: 2004
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2004 至 2006
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-16686014/
• 关键词: 脳; 神経; ブレイン・コンピュータ・インターフェース; 聴覚; ニューラルネットワーク; 微小電極アレイ; 聴皮質; 時空間的情報表現; 機能構造; 神経反応; 可塑性; 局所電場電位; ラット

本研究の目的は,第一に,大脳皮質の時空間的な神経活動に含まれる情報を翻訳する手法を開発することである.すなわち,多点計測した神経信号から,既知の情報を抽出できるシステム伝達関数の推定手法を提供する.第二に,このような神経活動の翻訳が,脳神経系をダイナミックなシステムとして捉える研究手法として有効であることを実証する.時空間的な神経活動から神経情報処理機構を考察するために,ニューラルネットワークを用いた解析方法を提案した.同ネットワークでは,微小電極アレイを用いて多点同時計測した聴皮質の時空間的神経活動パターンを入力とし,それを誘発した音刺激の周波数の情報を教師情報として用いる.提案手法は,特定の中間層ニューロンの入出力関係を精査することで,神経情報処理機構を考察する.リカレント型ニューラルネットワークは,フィードフォワード型ネットワークに比べて,汎化能力に長ける.この結果は,神経細胞群が,リカレント型ネットワークのように,過去の情報を記憶しながら,それに応じて活動パターンを時間的に変化させていることを示唆する.学習したリカレント型ニューラルネットワークについて,各中間層ニューロンの情報処理の特徴と重みを調べたところ,特徴的な中間層ニューロンが現れた.これらの中間層ニューロンの入出力関係に注目したところ,周波数選択性は,すべての周波数帯域からの興奮性入力と低周波数帯域からの抑制性入力に依存していることが示唆された.このことは,従来の生理学的な知見を一致する.これらのことから,提案手法は,時空間的神経活動パターンから,情報処理機構の生理学的な特徴を抽出でき,解析手法として有望であると考える.

The purpose of this study is, firstly, to develop methods for translating information contained in temporal and spatial neural activity in the cortex. Multi-point measurement of the signal, known information to extract the information to estimate the number of related methods to provide. Secondly, the study methods of the neural activity and the neural system are proved. A method for analyzing temporal and spatial information processing mechanisms is proposed. In the same way, the micro electrodes are used to simultaneously measure the temporal and spatial neural activity of the cortex at multiple points, and to induce the frequency information of the acoustic stimulation. The proposed method is to examine the relationship between input and output of specific intermediate layers and to examine the information processing mechanism of the system. The color of the film is different from the color of the film, and the color of the film is different from that of the film. As a result, the number of neurons in the brain cell population changed, and the number of neurons in the brain cell population changed. The characteristics of information processing in each intermediate layer are adjusted and the characteristics of the intermediate layer are realized. The relationship between the input force and the output force of the intermediate layer is noted. The frequency selectivity of the intermediate layer is shown in the dependence of the input force on the excitation force and the inhibitory force in the low frequency band. The knowledge of physiology is consistent. The proposed method is to extract physiological characteristics of the information processing mechanism, and the analytical method is expected to be examined.

项目成果

Exploring the Brain Vessel: Spreading Nano Wire Electrodes for Intravascular Neural Recording

探索脑血管：铺展纳米线电极进行血管内神经记录

• 发表时间: 2005
• 期刊: Proceedings of the 20^<th> Annual ASPE Meeting 37
• 作者: Hirobumi WATANABE;Hirokazu TAKAHASHI;Masayuki NAKAO;Kerry WALTON;Rodolfo R.LLINAS
• 通讯作者: Rodolfo R.LLINAS

実際の設計 第6巻 技術を伝える

实际设计第 6 卷：通信技术

• 发表时间: 2006
• 作者: 畑村洋太郎編;実際の設計研究会著
• 通讯作者: 実際の設計研究会著

聴皮質の時空間的神経活動の状況依存的な可塑性

听觉皮层时空神经活动的情境依赖性可塑性

• 发表时间: 2007
• 期刊: 生体医工学 (印刷中)
• 作者: 船水章大;内原匡信;神崎亮平;高橋宏知
• 通讯作者: 高橋宏知

Interfield differences in intensity and frequency representation of evoked potentials in rat auditory cortex

大鼠听觉皮层诱发电位强度和频率表示的场间差异

• 发表时间: 2005
• 期刊: Hearing Research 210(1-2)
• 作者: Hirokazu TAKAHASHI;Masayuki NAKAO;Kimitaka KAGA
• 通讯作者: Kimitaka KAGA