权益分类	功能权益	普通用户	{{item.name}}会员
{{category.name}}	{{benefitItem.name}}

培養神経系が形成する認知モデルの解析に基づく教師なし学習と統合失調症の融合的理解

基于对培养神经系统形成的认知模型的分析，对无监督学习和精神分裂症的综合理解

基本信息

批准号：
14J08435
负责人：
磯村拓哉
金额：
$ 2.05万
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：
2014
资助国家：
日本
起止时间：
2014-04-25 至 2017-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

近年、脳の学習メカニズムを統一的に説明する法則として“自由エネルギー原理”が提唱されている。自由エネルギー原理とは、脳を構成する神経細胞・シナプス結合・神経修飾物質が、入力信号の予測不可能性を意味する自由エネルギーを最小化させるように振る舞うことで学習を行っているとする仮説である。しかし既存の研究では、学習の結果形成された内部モデル（認知モデル）のみを観察しており、その学習過程は観察されていないため、神経回路網レベルの学習則の特定は困難であった。そこで本研究では、微小電極アレイ上に培養したラット大脳皮質由来神経回路網を電気刺激により訓練することで、in vitro神経回路網が自由エネルギー原理の構成要素であるブラインド信号源分離（混ぜ合わさった複数の入力からその背後にある個々の信号源を取り出すこと）および予測的符号化（内部モデルに基づき現在の感覚入力から未来の入力を予測すること）を実行可能であり、その学習過程において回路網が持つ自由エネルギーを減少させることを観察した。また、自由エネルギー原理および実験結果と整合する生理学的に妥当な数理アルゴリズム（学習則）を開発した。次に、ドーパミンを培養液に添加した状態で訓練することで、統合失調症の原因のひとつと言われているドーパミン濃度異常が培養神経回路網の学習過程に与える影響を調べた。実験の結果、通常の培養条件ではブラインド信号源分離を実行できたのに対し、ドーパミンを添加した条件では実行できないことが観察された。またドーパミンによるシナプス可塑性の神経修飾を数理モデル化し実験結果と比較したところ、ドーパミンの影響により信号源同士の連想を強めるようにシナプス可塑性が起きたことが、学習の阻害の原因であることが示唆された。今後、統合失調症の症状である幻覚・妄想の神経メカニズムを説明する数理モデルとしての応用が期待される。

In recent years, the principle of "freedom of life" has been proposed in the study of the law of unity. The principle of free life, the combination of neuro-modifying substances and the impossibility of predicting the input signal mean that free life is minimized. The results of existing research and learning are formed through internal observation and the learning process is observed through specific difficulties in the network of mental circuits. In this study, microelectrodes were cultured on the brain and the cortex was trained by electrical stimulation from the neural circuit network. In vitro, the signal source separation of the components of the circuit network free of charge (Mixed and complex input force behind the signal source extraction) and prediction of the symbol (internal base, current input force sensing, future input force prediction) to implement the possible, the learning process in the loop network to maintain the free occurrence of the reduction of this observation. In addition, a sound mathematical and scientific framework (learning principle) for physiology, including the principles of freedom and the integration of practical results, was developed. In addition, the culture medium is added to the training medium, and the cause of schizophrenia is discussed. The abnormal concentration of the culture medium modulates the learning process of the neural circuit network. The results of the experiment show that the normal culture conditions are the separation of the signal source, the addition of the signal source and the observation of the signal source. The results of mathematical analysis of the plasticity of the brain are compared with the results of mathematical analysis of the plasticity of the brain. The effects of mathematical analysis of the plasticity of the brain are compared with the results of mathematical analysis of the plasticity of the brain. The effects of mathematical analysis of the plasticity of the brain are compared with the results of mathematical analysis of the plasticity of the brain. In the future, the symptoms of schizophrenia are described in mathematical terms.