| 講演名 | 2016-11-04 Suppression of Pathological Synchronization in Cortical Networks 徳田 功(立命館大), 嘉田 久嗣(立命館大), 寺前 順之介(阪大), |
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| 抄録(和) | 大脳皮質においては外部からの感覚入力刺激がなくても、低頻度の発火が持続することが知られている。このような「自発発火活動」では、ニューロン群が不規則でかつ非同期的に発火する特徴がみられる。自発発火は、感覚ニューロンの確率共鳴現象におけるノイズ源等、脳神経系の機能として重要な役割を担うと考えられてきたが、その生成のメカニズムについては不明の点が多かった。これに対して、寺前ら(2012)は、興奮性シナプス後電位(excitatory postsynaptic potential; EPSP)が対数正規分布に従うことが重要であることを理論的に示し注目を集めた。本研究では、寺前らのオリジナルの研究では考慮に入れられなかった、相互結合する興奮性シナプス後電位間に存在する相関の影響について検討する。最初に、相関を導入することによって、フィードバックループが形成され、高発火するニューロンが出現し、これが引き金となってネットワーク全体が同期発火を始めることを示す。次に、抑制性シナプス後電位（inhibitory postsynaptic potential; IPSP）に対数正規分布を導入し、興奮性結合だけでなく抑制性結合にも不均一性を作ることが、同期を破壊し、正常な自発発火活動を復元するのに有効であることを示す。 |
| 抄録(英) | In cortical networks, it has been known that neurons generate self-sustained low-frequency firings even in the absence of sensory stimulus inputs. The so-called “spontaneous activity” typically gives rise to irregular and asynchronous firing among the cortical neurons. Despite numerous theoretical attempts, the main mechanism that underlies the spontaneous firing activity remained unclear. A breakthrough has been recently made by Teramae et al. (2012), who proposed a neuronal network model, in which EPSPs (excitatory postsynaptic potentials) obey a lognormal distribution. The modeling study showed that the lognormal distribution of EPSPs in cortical networks was the key to sustain low-frequency firings of the neurons. Although their model mainly focused on the lognormal distribution of the EPSPs, correlation of the EPSPs observed between bidirectionally coupled neurons has been disregarded. In our study, we add correlated EPSPs to the lognormal network and show that the correlated EPSPs cause synchronized firing among the neurons. Moreover, extremely high firing frequencies are also observed in a group of neurons. We then show that introduction of heterogeneity to inhibitory connections suppresses such pathological (synchronous and high-frequency) activity in both feed-forward and cortical network models. In particular, lognormal distribution with few but strong inhibitory connections works efficiently to reduce correlation of the synchronous firings. |
| キーワード(和) | 大脳皮質 / 自発発火 / 対数正規分布 / 興奮性シナプス後電位 / 抑制性シナプス後電位 / 非同期 |
| キーワード(英) | Cortical network / Spontaneous firing activity / Lognormal distribution / Excitatory postsynaptic potential / Inhibitory postsynaptic potential / Desynchronization |
| 資料番号 | CCS2016-30 |
| 発行日 | 2016-10-28 (CCS) |
| 研究会情報 | |
| 研究会 | CCS |
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| 開催期間 | 2016/11/4(から2日開催) |
| 開催地（和） | 京都産大むすびわざ館 |
| 開催地（英） | Kyoto Sangyo Univ. (Musubiwaza Bldg.) |
| テーマ（和） | 相互作用（インタラクション）と情報伝達（コミュニケーション） |
| テーマ（英） | Interaction and Communication, etc. |
| 委員長氏名（和） | 坪 泰宏(立命館大) |
| 委員長氏名（英） | Yasuhiro Tsubo(Ritsumeikan Univ.) |
| 副委員長氏名（和） | 若宮 直紀(阪大) / 長谷川 幹雄(東京理科大) |
| 副委員長氏名（英） | Naoki Wakamiya(Osaka Univ.) / Mikio Hasegawa(Tokyo Univ. of Science) |
| 幹事氏名（和） | 鳥飼 弘幸(京都産大) / 寺前 順之介(阪大) |
| 幹事氏名（英） | Hiroyuki Torikai(Kyoto Sangyo Univ.) / Junnosuke Teramae(Osaka Univ.) |
| 幹事補佐氏名（和） | 木村 貴幸(日本工大) / Song-Ju Kim(物質・材料研究機構) / 高橋 亮(京大) / 中野 秀洋(東京都市大) |
| 幹事補佐氏名（英） | Takayuki Kimura(Nippon Inst. of Tech.) / Song-Ju Kim(NIMS) / Ryo Takahashi(Kyoto Univ.) / Hidehiro Nakano(Tokyo City Univ.) |
| 講演論文情報詳細 | |
| 申込み研究会 | Technical Committee on Complex Communication Sciences |
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| 本文の言語 | ENG |
| タイトル（和） | |
| サブタイトル（和） | |
| タイトル（英） | Suppression of Pathological Synchronization in Cortical Networks |
| サブタイトル（和） | |
| キーワード(1)（和/英） | 大脳皮質 / Cortical network |
| キーワード(2)（和/英） | 自発発火 / Spontaneous firing activity |
| キーワード(3)（和/英） | 対数正規分布 / Lognormal distribution |
| キーワード(4)（和/英） | 興奮性シナプス後電位 / Excitatory postsynaptic potential |
| キーワード(5)（和/英） | 抑制性シナプス後電位 / Inhibitory postsynaptic potential |
| キーワード(6)（和/英） | 非同期 / Desynchronization |
| 第 1 著者 氏名（和/英） | 徳田 功 / Isao Tokuda |
| 第 1 著者 所属（和/英） | 立命館大学(略称：立命館大) Ritsumeikan University(略称：Ritsumeikan Univ.) |
| 第 2 著者 氏名（和/英） | 嘉田 久嗣 / Hisashi Kada |
| 第 2 著者 所属（和/英） | 立命館大学(略称：立命館大) Ritsumeikan University(略称：Ritsumeikan Univ.) |
| 第 3 著者 氏名（和/英） | 寺前 順之介 / Jun-nosuke Teramae |
| 第 3 著者 所属（和/英） | 大阪大学(略称：阪大) Osaka University(略称：Osaka Univ.) |
| 発表年月日 | 2016-11-04 |
| 資料番号 | CCS2016-30 |
| 巻番号（vol） | vol.116 |
| 号番号（no） | CCS-285 |
| ページ範囲 | pp.5-8(CCS), |
| ページ数 | 4 |
| 発行日 | 2016-10-28 (CCS) |