平成18（2006）年度　一般研究２実施報告書

課題番号	18−共研−2029			専門分類		7
研究課題名	膜電位イメージング情報からの機能的神経回路網の再構築
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	生理学第一講座
職　　名	教授
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配分経費	研究費	50千円	旅　費		50千円		研究参加者数	5　人

研究目的と成果（経過）の概要

【研究目的】　神経活動の同期現象や周期性発火現象は大脳皮質から脳幹に至るまで脳組織全域で認められる。本研究では、これらの現象を生み出す神経回路網の構造を解明し、構成的に脳情報制御機構を理解する新手法を確立する。具体的には、膜電位イメージの時空間データを逆解析し、呼吸中枢神経回路網を可視化するシステムの開発を行うことを目的とする。
【研究成果】　昨年度から引き続き呼吸に関するラット脳幹の細胞膜電位イメージ解析を行っている。方法としては過去の知見から生理学的に意味のある部位同士の相関解析を行ってきた。しかし、この解析方法ではフィードバックや因果性の情報を抽出することができない。多変量自己回帰モデルによるノイズ寄与率を計算することにより因果性を定量化できるが、これを適用するにはサンプリング周波数が低いので、新たな解析手法の開発が必要である。
その前段階として、データの基本的な性質について再検証を行った。特徴的な周波数帯域を調べるためFFTで計算したパワー強度を周波数毎にマップ化していくと5Hz付近で強い強度をもつ部位が見られた(Fig.1)。しかし、これらの領域は脳幹組織外の部分や生理学的な意味を見出せない部位も含まれている。実験装置の検証を行ったところ、この5Hzの振動は実験台や顕微鏡（蛍光マクロスコープMVX-10）の固有振動であることが判明した。現状としては装置の改良によりこの振動の軽減を行いさらに信頼性のあるデータ測定が可能となっている。また、方法論的には呼吸開始前の状態をモデル化しそれにより、呼吸開始後のデータのwhiteningを行い有意な呼吸関連活動の抽出法の開発を開始し、引き続き来年度も行っていく予定である。

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）

Oku Y, Masumiya H, and Okada Y. Postnatal developmental changes in respiratory rhythmogenesis begin at P1-P2 in rats. 9.19-24, Xth Oxford Conference, Lake Louise, Canada, 2006.

Okada Y, Masumiya H, and Oku Y. Effects of lowered pH on populational activity of respiratory neurons in the neonatal rat brainstem analyzed by dynamic voltage-imaging. 9.19-24, Xth Oxford Conference, Lake Louise, Canada, 2006.

Okada Y, Kuwana S, Masumiya H, Kimura N, Chen Z and Oku Y. Chemosensitive neuronal network organization in the ventral medulla analyzed by dynamic voltage-imaging. Proc Xth Oxford Conf, in press.

Oku Y, Masumiya H, and Okada Y. Cross correlation analysis of respiratory-related optical imaging signals. Neurosci Res 55:S57, 7.19-21, 29th Neuroscience Society Meeting, Kyoto, 2006

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。

共同研究カンファレンス「サンプリング間隔・サンプル配置とＡＲモデルパラメータ推定誤差」平成18年5月25日、統計数理研究所セミナー室、6名参加
膜電位イメージング実験デモンストレーション　平成18年8月8日　兵庫医科大学生理学第一講座、6名参加
共同研究カンファレンス「前処理による非生物学的ノイズ除去」平成18年10月30日、統計数理研究所セミナー室、7名参加
共同研究カンファレンス「閾値関数と一次遅れ＋無駄時間モデルのパラメータ推定とクラスタ分析による呼吸ニューロン分類」平成19年1月17日、統計数理研究所セミナー室、7名参加
共同研究カンファレンス「二次元シート配列ペースメーカーニューロンモデルのシミュレーション：カオス的挙動の発生について」平成19年3月23日、統計数理研究所セミナー室、6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	慶應義塾大学
田村　義保	統計数理研究所
三分一　史和	千葉大学