研究室の紹介
脳回路機能理論研究チーム
深井 朋樹
チームリーダー
深井 朋樹 (Ph.D.)
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研究室プロフィール

当研究チームは、認知的行動における脳の神経回路の機能的役割を、計算論的モデルを用いて解明することを目指しています。学習や記憶、行動計画や意思決定などの高次脳機能は、細胞内の信号処理からニューロン集団の相互作用まで、様々なレベルでの動的プロセスにより情報が表現され、処理された結果、実現されます。このような神経情報処理の基本メカニズムを明らかにするために、現実的なニューロンや神経回路をモデル化し、数値計算や理論的な方法を用いて、脳の神経回路が情報を処理する仕組みを研究します。物理学的な神経回路の理論的研究から、意思決定などの高次脳機能の計算原理の研究まで幅広いテーマで研究をしていますが、現在、特に力を注いでいるのは、「大脳皮質の機能モジュール」のプロトタイプ・モデルと言えるものを作ることです。大脳皮質の1ミリ立方程度の領域は、個々の神経細胞が周囲から入力情報を受ける空間、あるいは抑制性細胞が周囲の神経細胞を制御できる空間の広がりと一致し、いろいろな意味で大脳皮質の基本単位と考えられています。また解剖的には6層構造をもつことも分かっており、しかも層ごとに神経細胞の種類や神経間のつながり方が異なることが、近年の研究から明らかになってきました。しかし、そのような局所神経回路の配線構造や計算の基本原理はほとんどわかっていません。我々は神経回路モデルの理論的解析や大規模シミュレーションを通じて、局所神経回路の働きについて作業仮説を導き、さらにその計算機能の本質に迫りたいと考えています。またシナプス可塑性とそれによる神経回路の発達過程などを探ることも、現在の中心研究テーマの一つです。これらの目的のために、実験研究者との連係にも特に力を注いでいます。実際、ラボメンバーの約半数は実験研究者であり、理論と実験が日常的にコミュニケーションしながら研究に励んでいます。ラボでは行動中のラットの大脳皮質から多細胞記録や傍細胞記録(録ったニューロンの種類が同定できる)を行ったり、スライス標本を用いて神経回路のモデル化に必要な動的性質の測定などを行っています。また実験データを解析する新しい方法論やソフトウェアの開発なども行っています。

研究テーマ

  1. 大脳皮質局所神経回路のモデル
  2. 多細胞データの解析手法の開発
  3. 神経回路情報処理
  4. 行動中のラットからの多細胞および傍細胞記録
  5. 意思決定の神経メカニズム

関連リンク

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プレスリリース・研究成果

2009年11月09日
運動の指令を生み出す大脳皮質の個々の神経細胞の役割を解明
−興奮性細胞と抑制性細胞のそれぞれの役割をキャッチ−

『理研ニュース』(研究最前線)

2010年11月号
脳の計算原理に迫る
 

RIKEN RESEARCH

2010年01月29日
運動指令を生み出す神経細胞集団の役割
随意運動が大脳皮質運動野の神経回路にどのように制御されているかが、新たな記録法で明らかに新しいウィンドウが開きます。
 

主要論文

  1. Matthieu Gilson and Tomoki Fukai;
    " Stability versus Neuronal Specialization for STDP: Long-Tail Weight Distributions Solve the Dilemma."
    PLoS one 6(10): e25339 (2011).
  2. Nobuhiko Wagatsuma, Tobias C. Potjans, Markus Diesmann, and Tomoki Fukai;
    " Layer-dependent attentional processing by top-down signals in a visual cortical microcircuit model."
    Frontiers in Computational Neuroscience 5: doi: 10.3389/fncom.2011.00031 (2011).
  3. Takashi Takekawa, Yoshikazu Isomura, and Tomoki Fukai;
    " Accurate spike-sorting for multiunit recordings."
    European Journal of Neuroscience 31(2): 263-272 (2010).
  4. Yoko Yazaki-Sugiyama, Siu Kang, Hideyuki Cateau, Tomoki Fukai, and Takao K. Hensch;
    " Bidirectional plasticity in fast-spiking GABA circuits by visual experience."
    Nature 462: 218-221 (2009).
  5. Yoshikazu Isomura, Rie Harukuni, Takashi Takekawa, Hidenori Aizawa, and Tomoki Fukai;
    " Microcircuitry coordination of cortical motor information in self-initiation of voluntary movements."
    Nature Neuroscience 12: 1586-1593 (2009).
  6. Hiroshi Okamoto and Tomoki Fukai;
    " Recurrent network models for perfect temporal integration of fluctuating correlated inputs."
    PLoS Computational Biology 5(6): e1000404 (2009).
  7. Jun-nosuke Teramae and Tomoki Fukai;
    " Temporal precision of spike response to fluctuating input in pulse-coupled networks of oscillating neurons."
    Physical Review Letters 101: 248105 (2008).
  8. Siu Kang, Katsunori Kitano and Tomoki Fukai;
    " Structure of spontaneous UP and DOWN transitions self-organizing in a cortical network model."
    PLoS Computational Biology 4(3): e1000022 (2008).
  9. Keiji Miura, Yasuhiro Tsubo, Masato Okada and Tomoki Fukai;
    " Balanced excitatory and inhibitory inputs to cortical neurons decouple firing irregularity from rate modulations."
    The Journal of Neuroscience 27:13802-13812 (2007).
  10. Yasuhiro Tsubo, Jun-nosuke Teramae, and Tomoki Fukai;
    " Synchronization of excitatory neurons with strongly heterogeneous phase responses."
    Physical Review Letters 99:228101 (2007).

メンバー

主宰者

深井 朋樹
チームリーダー

メンバー

寺前 順之介
副チームリーダー
竹川 高志
研究員
坪 泰宏
研究員
Matthieu GILSON
研究員
Florence KLEBERG
研究員
半田 高史
研究員
我妻 伸彦
研究員
新井 賢亮
研究員
平谷 直輝
研修生
島崎 崇綱
研修生
春国 梨恵
テクニカルスタッフT
定保 圭子
アシスタント
岡田 真人
客員主管研究員
姜 時友
客員研究員
礒村 宜和
客員研究員
酒井 裕
客員研究員
北野 勝則
客員研究員
青柳 富誌生
客員研究員
岡本 洋
客員研究員
Alexander REYES
客員研究員
Markus DIESMANN
客員研究員
Moritz Julian HELIAS
客員研究員
我妻 広明
客員研究員
姜 時友
客員研究員
谷 淳
客員研究員
Cornelis Cyrinus VAN LEEUWEN
客員研究員
橋本 龍範
研究嘱託
武内 由夏
研究支援パートタイマー