ニューロン集団数理モデルの深化による短期記憶におけるガンマ波の機能解明

通过深化神经元群体数学模型阐明伽马波在短期记忆中的作用

• 批准号: 16J04952
• 负责人: 赤尾 旭彦
• 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: 2016
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2016-04-22 至 2019-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-16J04952/
• 关键词: 神経ダイナミクス; 遅延微分方程式; トーラス; ガンマ波

今年度は前年度に引き続き遅延結合した神経モジュールにおけるダイナミクスの解析を行った。まずこの系におけるマクロな分岐構造を詳細に把握することを行った。Double-Hopf分岐点の近傍において平衡点からトーラスが生じることは前年度までの解析で把握していたが、そのトーラスが生じる具体的なパラメータ領域は明らかでなかった。そこで今年度は分岐解析を追加し、リミットサイクルが不安定化するトーラス分岐のパラメータ領域を調査した。結果、遅延結合の強度や遅延時間に応じて、多様かつ複雑なパラメータ条件でリミットサイクルからのトーラス分岐を介してトーラスが発生することが明らかとなった。ここまでの解析の内容は論文にまとめて学術雑誌に投稿し、またプレプリントをarxivに公開した。次にこの系において生じたトーラスやリミットサイクルの持つ、周期外力に対する引き込み同期特性についても評価した。Hopf分岐によってガンマ波が発生している際には遅いリズムへの引き込み同期は確認できなかった一方で、Torus分岐によってガンマ波振幅が遅いリズムで変調されている際にはその変調の周波数が周期外力に対して引き込まれることによって、遅い周期外力への引き込み同期が生じることを数値的に明らかにした。この引き込みについては、生じる条件の解析や生理学的な意味について今後も研究を続けていく予定である。これまでに述べた遅延結合した神経モジュールの解析に加えて、多くのクラスタ化した集団が存在する系において、双安定性やマクロなリズムといったダイナミクスが生じるメカニズムについても今年度は解析を行った。

This year's annual report is based on the analysis of the results of the survey. A detailed understanding of the structure Double-Hopf bifurcation point is close to the equilibrium point, and the analysis of the previous year is to grasp the specific field of the bifurcation point. This year, the analysis of differences is added, and the areas of instability are investigated. The results show that the intensity and delay time of the delay combination are different, and the conditions for the delay combination are different. The content of this paper is published on arxiv. The second is to evaluate the characteristics of the synchronization process. Hopf bifurcation, wave amplitude, periodic external force, periodic external force, periodic internal force, periodic external force, internal force, internal force, This is the first time that we've had a chance to study physiology. The analysis of this phenomenon is based on the analysis of the existence of a set of systems, bistability, and the analysis of this phenomenon.

项目成果

Relationship between the mechanisms of gamma rhythm generation and the magnitude of the macroscopic phase response function in a population of excitatory and inhibitory modified quadratic integrate-and-fire neurons

• DOI: 10.1103/physreve.97.012209
• 发表时间: 2018-01-16
• 期刊: PHYSICAL REVIEW E
• 影响因子: 2.4
• 作者: Akao, Akihiko;Ogawa, Yutaro;Kotani, Kiyoshi
• 通讯作者: Kotani, Kiyoshi

Delay-coupled population dynamics of modified theta neuron with quenched variability

具有猝灭变异性的修饰θ神经元的延迟耦合群体动力学

• 发表时间: 2017
• 作者: Akihiko Akao，Y. Kobayashi，S. Shirasaka，K. Kotani;Y. Jimbo
• 通讯作者: Y. Jimbo

神経集団モデルへのOtt-Antonsen ansatz適用を通じた皮質神経発火とガンマ波に対するシータ波による引き込み同期現象の解析

应用 Ott-Antonsen ansatz 神经群体模型分析皮质神经放电和 θ 波相对于 γ 波的夹带同步现象

• 发表时间: 2019
• 作者: Ayame Tamura;& Yoshinori Sugiura;木山竜二・ 野々山貴行 ・中島祐 ・黒川孝幸 ・グン剣萍;赤尾旭彦
• 通讯作者: 赤尾旭彦

Ｍａｃｒｏｓｃｏｐｉｃ ｄｙｎａｍｉｃｓ ｏｆ ｈｅｔｅｒｏｇｅｎｅｏｕｓ ｔｈｅｔａ ｎｅｕｒｏｎｓ ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ ｗｉｔｈ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｓｙｎａｐｓｅｓ

与化学突触连接的异质θ神经元的宏观动力学

• 发表时间: 2016
• 作者: Kawasaki K;Fujii M;Sato T;Ａｋｉｈｉｋｏ Ａｋａｏ， Ｙ． Ｏｇａｗａ， Ｇ． Ｂ． Ｅｒｍｅｎｔｒｏｕｔ， Ｙ． Ｊｉｍｂｏ， Ｋ． Ｋｏｔａｎｉ
• 通讯作者: Ａｋｉｈｉｋｏ Ａｋａｏ， Ｙ． Ｏｇａｗａ， Ｇ． Ｂ． Ｅｒｍｅｎｔｒｏｕｔ， Ｙ． Ｊｉｍｂｏ， Ｋ． Ｋｏｔａｎｉ

Theta-gamma cross-frequency coupling enables covariance between distant brain regions

Theta-gamma 交叉频率耦合可实现遥远大脑区域之间的协方差

• 发表时间: 2019
• 期刊: arXiv
• 作者: Akihiko Akao;Sho Shirasaka;Yasuhiko Jimbo;Bard Ermentrout;Kiyoshi Kotani
• 通讯作者: Kiyoshi Kotani