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講演抄録/キーワード
講演名 2010-03-10 11:05
小脳スパイクニューロンネットワークモデルの改良と運動学習再現シミュレーション
小林誠一中部大)・○稲垣圭一郎理研)・平田 豊中部大NC2009-120
抄録 (和) 生体が有する運動学習機能は, 加齢や怪我などに伴う筋特性の変化に適応して精緻な運動を実現する. これまでに小脳の破壊や薬理抑制に伴い運動学習機能が阻害されることから, 小脳が運動学習の中枢部位であることが明らかにされている. また, 小脳は系統発生的に古い前庭小脳から大脳小脳まで神経回路の基本構造が等しく, さらに解剖学的にもよく理解されている. 頭部運動時に, それとは逆方向へ同じ速さで眼球運動を生じさせる前庭動眼反射(VOR)は, 小脳運動学習メカニズム解明に繋がるモデルシステムとして古くから研究されている. これまでに小脳の運動学習は, 平行線維-プルキンエ細胞間の長期抑圧と長期増強により実現されることが明らかにされてきた. しかしながら, 運動学習の過程において, こうした可塑性が小脳内の信号処理に, どのように寄与しているかは不明である. 本研究では, これまでに構築した小脳神経回路モデルに,平行線維-プルキンエ細胞間の長期抑圧と長期増強をスパイクタイミングに基づいた記述により追加し, VOR運動学習シミュレーションを実施した. その結果, このシナプス可塑性に基づいてVOR運動学習が再現でき, さらに,これを誘発するプルキンエ細胞の発火変調変化を再現できることが示された. ゲイン増加ならびにゲイン減少学習後にモデル特性を評価したところ,ゲイン増加学習では眼球運動,ゲイン減少学習では頭部運動に関する顆粒細胞-プルキンエ細胞のシナプス伝達効率の増加が確認された.また,両学習課題においてモデルが前庭入力および眼球運動入力に対してband-pass特性を示すことが確認され,こうした特性が長期抑圧・増強により形成されることが周波数選択性を引き起こす一要因であることを示唆した. 
(英) The vestibuloocular reflex (VOR) is an adaptive motor control system that maintains compensatory eye movements when growth, aging, injury, etc, may change oculomotor plant dynamics. The cerebellar flocculus is intimately involved in the adaptive VOR control. The VOR has been a popular model system to investigate cerebellar adaptive motor control. Long-term depression (LTD) and long-term potentiation (LTP) at the parallel fiber - Purkinje cell synapses have been thought to be a major underlying mechanism of the cerebellar motor learning. To explore the information processing in the cerebellar neuronal circuitry for VOR motor learning, we constructed an anatomically plausible large-scale neuronal network model of the cerebellar flocculus. The model is composed of spiking neurons with the cerebellar LTD and LTP implemented. In simulation, we confirmed that the model reproduced gain-up and -down VOR motor learning and its frequency selectivity. Analyses of the properties of the model before and after the VOR training revealed that the cerebellar circuitry formed a band-pass filter in response to vestibular and/or efference copy of eye movement signals after gain-up and -down training. The results suggest that the cause of the frequency selectivity in VOR motor learning is multiple frequency bands implicitly composed in the cerebellar cortical neuronal circuitry tuned by the cerebellar LTD and LTP.
キーワード (和) スパイクニューロンモデル / 眼球運動 / 前庭 / シナプス可塑性 / 大規模モデル / / /  
(英) Spike neuron model / Eye movement / Vestibular / Synaptic plasticity / Large-scale model / / /  
文献情報 信学技報, vol. 109, no. 461, NC2009-120, pp. 191-196, 2010年3月.
資料番号 NC2009-120 
発行日 2010-03-02 (NC) 
ISSN Print edition: ISSN 0913-5685    Online edition: ISSN 2432-6380
著作権に
ついて
技術研究報告に掲載された論文の著作権は電子情報通信学会に帰属します.(許諾番号:10GA0019/12GB0052/13GB0056/17GB0034/18GB0034)
PDFダウンロード NC2009-120

研究会情報
研究会 NC MBE  
開催期間 2010-03-09 - 2010-03-11 
開催地(和) 玉川大学 
開催地(英) Tamagawa University 
テーマ(和) 一般 
テーマ(英) General 
講演論文情報の詳細
申込み研究会 NC 
会議コード 2010-03-NC-MBE 
本文の言語 日本語 
タイトル(和) 小脳スパイクニューロンネットワークモデルの改良と運動学習再現シミュレーション 
サブタイトル(和)  
タイトル(英) Improvement of the cerebellar spiking neuron network model and simulation of VOR motor learning. 
サブタイトル(英)  
キーワード(1)(和/英) スパイクニューロンモデル / Spike neuron model  
キーワード(2)(和/英) 眼球運動 / Eye movement  
キーワード(3)(和/英) 前庭 / Vestibular  
キーワード(4)(和/英) シナプス可塑性 / Synaptic plasticity  
キーワード(5)(和/英) 大規模モデル / Large-scale model  
キーワード(6)(和/英) /  
キーワード(7)(和/英) /  
キーワード(8)(和/英) /  
第1著者 氏名(和/英/ヨミ) 小林 誠一 / Seiichi Kobayashi / コバヤシ セイイチ
第1著者 所属(和/英) 中部大学 (略称: 中部大)
Chubu University (略称: Chubu Univ.)
第2著者 氏名(和/英/ヨミ) 稲垣 圭一郎 / Keiichiro Inagaki / イナガキ ケイイチロウ
第2著者 所属(和/英) 理化学研究所 (略称: 理研)
RIKEN Computational Science Research Program (略称: RIKEN)
第3著者 氏名(和/英/ヨミ) 平田 豊 / Yutaka Hirata / ヒラタ ユタカ
第3著者 所属(和/英) 中部大学 (略称: 中部大)
Chubu University (略称: Chubu Univ.)
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講演者 第2著者 
発表日時 2010-03-10 11:05:00 
発表時間 25分 
申込先研究会 NC 
資料番号 NC2009-120 
巻番号(vol) vol.109 
号番号(no) no.461 
ページ範囲 pp.191-196 
ページ数
発行日 2010-03-02 (NC) 


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