大規模脳モデルによる感覚と運動の相互構造化過程の構成論的解明

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本研究では、感覚入力によって喚起される主体の意識経験に対して神経系の構造が与える影響を検証している。実際の生体では神経構造を体系的に変更することが困難であるため、本研究では大規模脳シミュレーションを利用した。具体的には以下の３点に取り組んだ。第１に、生体データと大規模脳シミュレーションの比較を可能にするために、シミュレーションデータから脳波信号を算出するシステムを構築した。本システムの妥当性を検証するために、新生児と成人という皮質の形態が異なる２つの脳波をシミュレートし、生体計測でみられる周波数特性が本システムでも現れることを確認した。この結果は新生児脳波の発達的変化に対する皮質形状の寄与を示唆していると考えられ、神経科学の国際学会にて発表した。第２に、感覚入力によって引き起こされる主体の内的な情報量の定量化に取り組んだ。主体の意識経験を定量化するためには、刺激－神経反応の相関だけではなく、主体の内的な情報量を考慮する必要があると考える。意識の統合情報理論では、主体の内的な情報量の定式化を提案しているが、この指標は大規模なニューラルネットワークでは事実上計算困難であった。そこで、本研究では神経物理学の研究をもとに、同期発火の連鎖を考慮することで近似的に計算することを提案した。第３に、神経基盤の違いによる内的な情報量の差異の検証を行った。主観的な経験が異なる症例として、自閉症が挙げられる。自閉症の神経的特徴のひとつとして、シナプスの興奮抑制のバランスが定型発達者よりも高いことが指摘されている。そこで本研究ではシナプスの興奮抑制バランスを変化させ、先述したニューロンの同期発火の連鎖に着目して解析を行なった。結果として、シナプスのバランスが興奮性に偏ることで、同期発火の連鎖を形成するニューロンの数が減少し連鎖の長さが短くなることを確認した。