平成26（2014）年度　一般研究２実施報告書

課題番号	26−共研−2001		分野分類			統計数理研究所内分野分類			a
						主要研究分野分類			3
研究課題名	データ主導モデリングによる脳神経細胞の周期的同期発火現象の解明
フリガナ 代表者氏名	オク ヨシタカ 越久 仁敬				ローマ字		Oku Yoshitaka
所属機関	兵庫医科大学
所属部局	生理学生体機能部門
職　　名	教授
配分経費	研究費	40千円		旅　費		57千円		研究参加者数		11　人

研究目的と成果（経過）の概要

本研究ではデータ主導アプローチをとり、重要かつ代表的な脳機能である周期的同期発火現象に着目し、それを生成する神経集団モデルを実データにより推定し予測型モデルを構築する。そして、実データの予測性能を評価することにより、周期的同期発火現象の数理的意味と生理学的機構を明らかにし、脳の動作原理についての理解を深める。
2013年度は、ゲッティンゲン大学のHulsmann教授と共同研究を行い、グリア細胞がEGFP蛍光で同定されるトランスジェニックマウスを用いて、呼吸活動と同期して活動するグリア細胞の詳細な解析を行った。結果、EGFP陽性のアストロサイトの多くは、同期して低周波（<0.03Hz）カルシウム振動をしており、そのうちの10%では、その低周波信号をフィルタで除去した後に、不規則に吸息に先行するカルシウム活動が認められた。数理モデルを用いた検討では、Hodgkin-Huxley型の周期性バースト発火する呼吸ニューロンと低周波振動するRosslerアトラクタ型のアストロサイトが相互に影響しあうモデルを用いたシミュレーションで、不規則に吸息に先行するカルシウム活動が再現できた。

当該研究に関する情報源（論文発表、学会発表、プレプリント、ホームページ等）

【論文発表】

1. Koshiya N, Oku Y, Yokota S, Oyamada Y, Yasui Y, Okada Y. Anatomical and functional pathways of rhythmogenic inspiratory premotor information flow originating in the pre-Botzinger complex in the rat medulla. Neuroscience, 268: 194-211. 2014.

2. Boiroux D, Oke Y, Miwakeichi F, Oku Y. Pixel timing correction in time-lapsed calcium imaging using point scanning microscopy. Journal of neuroscience methods. 2014; 237:60-8.

3. Oku, Y., Fresemann, J., Miwakeichi, F., & Hulsmann, S. (2015). Respiratory calcium fluctuations in low-frequency oscillating astrocytes in the pre-Botzinger complex. Respir Physiol Neurobiol, doi:10.1016/j.resp.2015.02.002.

4. Oke Y, Bouiroux D, Miwakeichi F, Oku Y. (2015). Stochastic activation among inspiratory cells in the pre-Botzinger complex of the rat medulla revealed by Ca2+ imaging. Neurosci Lett, in press.

【学会発表】
1. Boiroux D, Oke Y, Miwakeichi F, Oku Y. Connectivity of the respiratory network by using Granger causality. XIIIth Oxford Breathing Meeting, Sydney 2014.10

2. Oke Y, Bouiroux D, Miwakeichi F, Oku Y. Flexible bursting sequence among inspiratory cells in the pre-Botzinger complex revealed by wide-field Ca2+ imaging. XIIIth Oxford Breathing Meeting, Sydney 2014.10

3. Oku Y, Miwakeichi F, Hulsmann S. Potentially false positive detection of respiratory rhythmic astrocytic activity in the Pre-Botzinger Complex. XIIIth Oxford Breathing Meeting, Sydney 2014.10

4. Koshiya N, Oku Y, Okada Y, Smith JC. From chaotic recruitment of the pre-Botzinger complex (pre-BotC) to functional connectomics of inter-pre-BotC tract and pan-network premotor pathways. XIIIth Oxford Breathing Meeting, Sydney 2014.10

5. Okada Y, Oku Y, Yokota S, Oyamada Y, Yasui Y, Koshiya N. Connectomics of the inspiratory center: Anatomical tract and propagation dynamics from the preBotzinger complex. Society for Neuroscience Meeting 2014 (Neuroscience2014), Washington DC. 2014.11

6. Oku Y, Lal A, Oke Y, Boiroux D. Network Connectivity of the Respiratory Rhythm-generating Kernel. 24th Annual Conference of Japanese Neural Network Society（日本神経回路学会第24回全国大会）2014.8 函館

7. Oke Y, Bouiroux D, Miwakeichi F, Oku Y. Loose regularities of calcium bursting sequence among inspiratory cells in the pre-Botzinger complex during rhythmic burst.（Pre-Botzinger complex領域における自発的同期活動時の呼吸性細胞の活性化順序の緩やかな規則性）, 第92回日本生理学会 2015.3 神戸

研究会を開催した場合は、テーマ・日時・場所・参加者数を記入してください。

1. カルシウムイメージングデータの時空間解析H25年度の総括とH26年度の事業計画について、2014年5月20日、統計数理研究所サテライトオフィス、7名参加。

2. Emerging network topology within the respiratory rhythm-generating kernel evolved in silico. 2015年1月27日、兵庫医科大学、4名参加。

研究参加者一覧
氏名	所属機関
石黒 真木夫	統計数理研究所
岡田 泰昌	独立行政法人国立病院機構村山医療センター
尾家 慶彦	兵庫医科大学
ガルカ アンドレアス	University of Kiel, Germany
染谷 博司	東海大学
武田 湖太郎	藤田保健衛生大学
田村 義保	統計数理研究所
ボワル ディミトリ	兵庫医科大学
三分一 史和	統計数理研究所
ラル アミット	Beijing University