情報流のパス展開理論と神経ネットワーク活動計測に基づく生物の行動決定機構の解明

基于信息流路径扩展理论和神经网络活动测量阐明生物体的行为决策机制

• 批准号: 22K03453
• 负责人: 森 史
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: Kyushu University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K03453/
• 关键词: 複雑ネットワーク; 情報流; 神経回路; 摂動論; 全脳イメージング

生物系において、外部刺激に応じた行動決定を担っているのは神経ネットワークの活動である。しかし、そこでどのような情報処理が実行され、どのように行動決定がなされているのかは、未解明である。例えば、神経回路のトポロジーが分かっている線虫では、ある刺激に対する行動選択を担っている局所的なネットワーク構造（モチーフ）が発見されているが、さまざまな刺激に対して常に局所的な情報処理で答えを出しているのか、あるいは、時に大域的なネットワーク構造も利用しているのかは、定かではない。本研究では、ネットワーク上の情報流を記述する理論を線虫の神経回路に適用し、刺激シグナルの伝達に重要な経路群を特定することを目指している。今年度は、確率的ブーリアンネットワークを用いて、ネットワーク上の情報の流れをパスと呼ばれる情報伝達経路の積を使って摂動的に展開する理論を、ネットワークモチーフに適用し、ネットワークモチーフの情報流の特徴を明らかにした。具体的には、ポジティブフィードフォワードモチーフは、高周波の入力シグナルを遮断するローパスフィルターの役割を持ち、ネガティブフィードフォワードモチーフは、低周波を遮断するハイパスフィルターの役割を持つことが明らかになった。さらに、そのようなフィルター機能の起源が、長さの異なる情報経路間の相互作用によって生み出されていることも分かった。一方で、長さの異なる情報経路を複数持たないポジティブ/ネガティブフィードバックモチーフは、フィルター機能を持たない。これらの成果を、オープンアクセスの国際学術誌に出版した。また、行動中の線虫の全脳イメージングに向けた顕微鏡のカスタマイズが大きく進展した。

Biological system, external stimulus, action, decision, mental health Information processing is carried out, action is decided, and information is not explained. For example, in the case of the brain loop, the response to the stimulus is selected from the local information processing structure. This study aims to describe the information flow on the computer network, and provide guidance on the application of the theory to the neural network, stimulation of the neural network, and identification of the important neural network groups. This year, the accuracy of the information flow on the Internet is very high. The information flow on the Internet is very high. The information flow on the Internet is very high. The information flow on the Internet is very high. The information flow on the Internet is very high. The specific characteristics are: high frequency, low frequency, high frequency, high frequency, low frequency The origin of the function, the interaction between the information channels, the generation of the information channel, and the generation of the information channel. The information channel of a party, a long time, and a plurality of different functions are maintained. The results of this study were published in the International Journal of Science. The whole line of action is moving forward.

项目成果

振動の時刻データを用いた振動子間の結合強度の推定

使用振动时间数据估计振荡器之间的耦合强度

• 发表时间: 2022
• 作者: Hotaka Kaji;Fumito Mori;and Hiroshi Ito;森史
• 通讯作者: 森史

Information-transfer characteristics in network motifs

• DOI: 10.1103/physrevresearch.5.013037
• 发表时间: 2023-01-24
• 期刊: PHYSICAL REVIEW RESEARCH
• 影响因子: 4.2
• 作者: Mori，Fumito;Okada，Takashi
• 通讯作者: Okada，Takashi

Graphical expansion of information flows in network motifs

网络主题中信息流的图形扩展

• 发表时间: 2022
• 作者: Yabe Yoji;Tanaka Hisa-Aki;Sekiya Hiroo;Nakagawa Masaki;Mori Fumito;Utsunomiya Kensuke;Keida Akira;Takashi Okada;Fumito Mori
• 通讯作者: Fumito Mori

Output systems can improve accuracy of biological rhythms

输出系统可以提高生物节律的准确性

• 发表时间: 2022
• 作者: Hotaka Kaji;Fumito Mori;and Hiroshi Ito
• 通讯作者: and Hiroshi Ito