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| 講演名 |
2007-03-14 14:50
前頭葉神経活動で観察される多安定性と不規則な発火パターンは、抑制性優位な神経回路で説明できる
○濱口航介（理研）・Nicolas Brunel（CNRS Universite-Rene Descartes） |
| 抄録 |
（和） |
遅延反応テスト課題を行うサルの前頭葉には，記憶すべき視覚刺激の位置に特異的な高頻度発火活動を示す神経細胞の存在が知られている．この活動は外部入力なしに保持されるため，多安定性を持つと考えられる．
この神経細胞の発火パターンは，課題実行時においても，それ以外の時においても非常に不規則で，高いCV値を持つ．
従来の神経回路網の理論研究から，興奮性の再帰的結合によって双安定性が実現できることはよく知られている．しかしその際には，発火頻度が高くなるほどCV値は低くなるため，このようなモデルのスパイク統計は実際の神経活動のそれとは一致しない．
一方，興奮性入力と抑制性入力がバランスされていると，その神経は高いCV値を持つ事が知られているが，その場合には双安定性を持たせることが難しいと考えられていた．
本報告では，以下の2点を報告する．1)Leaky Integrate-and-Fire (LIF) 神経モデルにおけるHopf分岐を用いた解析から、$\delta$ 関数型のシナプスを持つ神経回路網では、双安定領域に到達する前にHopf分岐線が存在する事が示された．
このHopf分岐の効果により、実際の数値計算では多安定状態を実現することが難しい事が示唆される．
2)次に指数減衰型のシナプスを持つLIFモデルからなる中立安定な側抑制型神経回路モデルを用い，抑制性が優位な再帰結合を持つ場合にも低頻度発火状態と多数の高頻度発火状態という多安定性を持つことができることを平均場近似を用いた自己無撞着方程式から示し，両発火状態において，高いCV値（～１）を実現できることを報告する． |
| （英） |
During the delay response tasks of monkeys, some cells in the prefrontal cortex show cue position dependent persistent activity during the delay periods.
Recent analysis of these spike data has shown that the degree of spiking irregularity is also high during the persistent activity.
The high spike irregularity can be obtained by the external input with balanced excitation and inhibition. It is, however, not easy to obtain the self-sustained states with the balanced input because the mean level of recurrent input is not depolarizing.
Here it remains unclear how to achieve simultaneously bistability and high spike train irregularity.
Here we report the followings 1) Hopf-bifurcation lines exist before the bistable region which is calculated from the self-consistent analysis for Leaky Integrate-and-Fire (LIF) neuron with instantaneous synapses.
This indicates that the bistability is unstable in numerical simulations.
2) The self-consistent analysis for the LIF neuron network with exponential-decay synapses shows the bistable phase of localized bump states and quiescent states even in the inhibition-dominated region with sub-threshold external input.
Numerical simulations also show the bistability and high CV in these regions. |
| キーワード |
（和） |
多安定 / CV / フォッカープランク方程式 / 前頭葉 / ワーキングメモリ / 抑制性 / / |
| （英） |
multistability / CV / Fokker-Planck / Prefrontal Cortex / Working memory / Inhibitory / / |
| 文献情報 |
信学技報, vol. 106, no. 588, NC2006-127, pp. 55-60, 2007年3月. |
| 資料番号 |
NC2006-127 |
| 発行日 |
2007-03-07 (NC) |
| ISSN |
Print edition: ISSN 0913-5685 |
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