神経伝達物質の非線形ダイナミクスと脳疾患発症の数理構造

神经递质的非线性动力学和脑疾病发展的数学结构

• 批准号: 21K12105
• 负责人: 藤原 寛太郎
• 金额: $ 2.5万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-21K12105/
• 关键词: 神経伝達物質; 数理モデル

前年度に引き続き、脳・神経系の数理モデル構築を進めた。特に、発達に伴う脳・神経系の構造や機能の変化を考慮した数理モデルを構築した。具体的には、振動子系の同期・非同期現象や神経伝達物質が脳波リズムに与える影響について調査した。振動子ネットワークは脳・神経系の典型的なモデルであり、そのダイナミクスを解析することは、脳・神経系に限らず生命現象一般の機能を理解する上で重要である。振動子ネットワークにおけるノイズ摂動、周期外力、結合強度のダイナミクスの相互作用を数値的に解析し、この相互作用が振動子ネットワークの完全同期に与える影響を数値的に解析した。その結果、これらの力の適切な相互作用により、微弱な摂動で系を同期させることができることがわかった。また、神経伝達物質の非線形ダイナミクスの数理モデル化、脳疾患発症のメカニズム調査などを進めた。これまでドーパミンが低周波数脳波へ与える影響について調査してきたが、そのほかいくつかの神経伝達物質にも同様の作用があることを数値解析により確認した。よって、これら神経伝達物質の機能の相違をより深く理解し、適切に分類することが必要であることがわかった。さらに、その過程でニューラルネットワークリザバーを用いた異常検知手法の開発や分類問題への応用にもつながった。従来手法と比較してより簡易に精度良く異常検知や分類が可能となり、幅広い応用が期待される。また、先に述べた振動子系の話題を発展させて膵β細胞への応用研究の成果を得た。膵β細胞への微弱な電気刺激によるアルゴリズムを構築し、機能不全膵β細胞の制御を可能とするものであり、新たな糖尿病治療プロトコルを提案した。また本研究課題と直接の関連はないが、副産物として新たな時系列解析手法の開発にもつながった。リカレンスプロットを用いた新たな手法を用いることで、神経細胞への入力の推定が精度良くできることを示した。

In the past year, the mathematical structure of the nervous system has been improved. The structure and function of the neural system are considered in the construction of mathematical models. Specific synchronous and asynchronous phenomena of vibration subsystems, as well as the influence of the substance on the vibration, are investigated. It is important to understand the typical functions of vibration and nervous system in limiting life phenomena. Analysis of the interaction between vibration and vibration, periodic external force, bonding strength and complete synchronization of vibration and vibration The result is that the interaction between the two forces is weak and the system is simultaneous. The mathematical model of nonlinear interaction of neurotransmitter substances and the investigation of disease development were developed. The effects of low-frequency waves and the effects of high-frequency waves on the brain are investigated and confirmed. A deep understanding and proper classification of the functions of substances In addition, the process of abnormal detection and classification of development problems and the application of abnormal detection methods are also discussed. The method of comparison is simple, accurate, and accurate, and the anomaly detection is classified into possible and expected categories. In addition, the topic of vibration subsystem was developed and the results of applied research on beta cells were obtained.β-cell stimulation is a new way to treat diabetes. This research topic is related to the development of new time series analysis methods. The accuracy of the estimation of the neural network entry force is good.

项目成果

膵β細胞の数理モデルにおけるバーストの効率的な律動化

胰腺 β 细胞数学模型中的有效突发节律

• 发表时间: 2021
• 作者: SATO Shintaro;FUJIOKA Tatuya;S. Fukami;佐藤真太郎;吉田拓也;山下清次;深見俊輔;佐藤真太郎（共著）;吉田拓也;髙津梓・柘植雅義;小山慧太，安東弘泰，藤原寛太郎
• 通讯作者: 小山慧太，安東弘泰，藤原寛太郎

未病データベース構築に向けた研究データ基盤の管理・利活用

研究数据基础设施的管理和利用，建立美病数据库

• 发表时间: 2022
• 作者: 名倉 昌巳;松本 伸示;井手 広康;増見敦;藤原寛太郎
• 通讯作者: 藤原寛太郎

Superposed recurrence plots for reconstructing a common input applied to neurons

• DOI: 10.1103/physreve.106.034205
• 发表时间: 2022-09-12
• 期刊: PHYSICAL REVIEW E
• 影响因子: 2.4
• 作者: Nomura，Ryota;Fujiwara，Kantaro;Ikeguchi，Tohru
• 通讯作者: Ikeguchi，Tohru

Analysis on the mechanism of enhancing insulin secretion by TRPM2 channel in a pancreatic <i>β</i>-cell

TRPM2通道增强胰腺β细胞胰岛素分泌的机制分析

• DOI: 10.1587/nolta.12.500
• 发表时间: 2021
• 期刊: Nonlinear Theory and Its Applications, IEICE
• 作者: Sou Nobukawa;Haruhiko Nishimura;Teruya Yamanishi;園田翔;Kotaro Kasahara，Yutaka Shimada，Kantaro Fujiwara，Tohru Ikeguchi
• 通讯作者: Kotaro Kasahara，Yutaka Shimada，Kantaro Fujiwara，Tohru Ikeguchi

Reservoir Splitting method for EEG-based Emotion Recognition

• DOI: 10.1109/bci57258.2023.10078629
• 发表时间: 2023-02
• 期刊: 2023 11th International Winter Conference on Brain-Computer Interface (BCI)
• 作者: Anubhav;K. Fujiwara