神経細胞集団の活動の情報量解析による一次視覚野における情報符号化の神経基盤の解明

通过神经元群活动的信息分析阐明初级视觉皮层信息编码的神经基础

• 批准号: 08J08950
• 负责人: 大泉 匡史
• 金额: $ 1.15万
• 依托单位: The Institute of Physical and Chemical Research (2010)The University of Tokyo (2008-2009)
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2008
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2008 至 2010
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-08J08950/
• 关键词: 一次視覚野; 情報符号化効率; シナプス可塑性; シナプス減衰; 情報符号化; 嗅覚; ショウジョウバエ; 触角葉; シナプス前抑制; シナプス後抑制; フィッシャー情報量; メキシカンハット型結合

近年,繰り返し呈示された視覚刺激への順応による一次視覚野の神経細胞の活動の変化によって,一次視覚野の神経細胞集団の情報符号化効率が上昇するという報告がある.この符号化効率の上昇は神経細胞活動間の相関が減少することによるものである.先行研究において,順応による神経細胞の平均発火率の変化を,一次視覚野の神経細胞間のシナプス結合強度がシナプス減衰することによって説明するモデルが提案されている.しかしながらこのモデルにおいて活動の相関がどう変化するか,そして情報符号化効率がどう変化するかということは明らかにされていない.本年度はこの問題に取り組んだ.昨年度までに構築した理論的枠組みでは,確率的に活動する神経ネットワークに含まれる情報量を解析的に定量化することが可能となっていたが,シナプスが動的に変化する,すなわちシナプス可塑性がある場合は考慮されていなかった.そこで,昨年度まで構築した理論的枠組みをシナプス可塑性がある場合にも適用可能なように拡張した.さらに新しく構築した理論を用いて,一次視覚野のネットワークの解析を行った.解析の結果,シナプス減衰がある場合は実験で観測されているように,神経活動の相関が全体的に減少することが分かった.また,結合強度のパラメータを系統的に変化させることによって情報符号化効率が上昇するパラメータ領域,減少するパラメータ領域を明らかにした.

最近，有报道称，由于对视觉刺激的适应性，反复呈现的一级视觉皮层中神经元活性的变化提高了一级视觉皮层中神经元种群的信息编码效率。编码效率的提高是由于神经元活性之间的相关性降低所致。先前的研究提出了一个模型，该模型解释了由于原发性视觉皮层中神经元细胞之间突触结合强度的突触衰减而导致神经元平均发射率的变化。但是，尚未澄清活动的相关性如何变化以及信息编码效率如何变化。今年，我们解决了这个问题。直到去年建造的理论框架是一个明显的框架。可以通过分析量化速率活性神经网络中包含的信息量进行量化，但是当突触动态变化时，即突触可塑性时，并未考虑。因此，即使存在突触可塑性，直到去年构建的理论框架也适用。使用新构建的理论，我们分析了主要视觉皮层的网络。分析表明，当存在突触衰减时，神经活性的相关性总体下降如实验中所观察到的。我们还揭示了信息编码效率提高以及结合强度参数系统变化的参数区域。

项目成果

Analytical investigation of the effects of lateral connections on the accuracy of population coding

横向连接对群体编码准确性影响的分析研究

• 发表时间: 2010
• 期刊: Physical Review E (印刷中掲載確定)
• 作者: Masafumi Oizumi;Keiji Miura;Masato Okada
• 通讯作者: Masato Okada

ショウジョウバエ嗅覚回路における最適な情報伝達

果蝇嗅觉回路中的最佳信息传输

• 发表时间: 2009
• 作者: 大泉匡史;佐藤良太;風間北斗;岡田真人
• 通讯作者: 岡田真人

The significance of a nonlinear transformation and a role of local neurons in an olfactory circuit

非线性变换的意义和局部神经元在嗅觉回路中的作用

• 发表时间: 2009
• 作者: Ryota Satoh;Masafumi Oizumi;Hokto Kazama;Masato Okada
• 通讯作者: Masato Okada

ショウジョウバエ第一次嗅覚中枢における非線形変換と局所介在ニューロンの役割

果蝇初级嗅觉中枢的非线性变换和局部中间神经元的作用

• 发表时间: 2009
• 期刊: 信学技報 108
• 作者: 佐藤良太;大泉匡史;風間北斗;岡田真人
• 通讯作者: 岡田真人

集団符号化における相転移

集体编码中的相变

• 发表时间: 2009
• 期刊: 信学技報 108
• 作者: 臼井勇介;大泉匡史;岡田真人
• 通讯作者: 岡田真人