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シナプス

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1: 白夜φ ★ 2013/11/10(日) 17:28:11.24 ID:???

空間的記憶や情動的記憶をつかさどる海馬を中心とした神経ネットワークの解明
2013年11月 5日 15:30 | プレスリリース , 受賞・成果等 , 研究成果

東北大学大学院生命科学研究科の飯島敏夫教授らのグループは、ニューロン(神経細胞)からニューロンへとシナプスを超えて次々に伝播する遺伝子組換えウイルスを用いて、ラットの海馬に情報を送る神経ネットワークの構造を調べました。

カシューナッツのような細長い形のラット海馬体の約3分の2をなす背側の部分(背側海馬)と、残り3分の1をなす腹側の部分(腹側海馬)は近年の研究からそれぞれ、空間的記憶の形成と情動を伴う記憶の形成に強く関与すると考えられてきています。

今回の研究でそれぞれの部位は、梨状皮質や内側縫線核、内側手綱核などの脳領域から入力を受けること、そしてそれら入力回路のあいだにはほとんど重なりが認められない、すなわち情報の干渉がなく独立していることを世界で初めて直接的に証明しました。

長軸方向に沿って異なると考えられる海馬の記憶形成能の違いは、この入力回路の独立性という構造的基盤によって支えられているものと考えられます。
海馬に入力する複雑な情報流路の一端を明らかにした本研究結果は、海馬を中心とした記憶形成メカニズムの解明に大きく貢献すると期待されます。
この研究成果は、生命科学・医学を含む科学分野全般に高く評価されている米国科学誌Public Library of Science (PLoS ONE) (11月5日号電子版)に掲載されます。

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▽記事引用元 東北大学 プレスリリース 2013年11月 5日 15:30
http://www.tohoku.ac.jp/japanese/2013/11/press20131105-01.html

詳細(プレスリリース本文)
http://www.tohoku.ac.jp/japanese/newimg/pressimg/tohokuuniv-press_20131105_01.pdf

▽関連リンク
PLoS ONE
Organization of Multisynaptic Inputs to the Dorsal and Ventral Dentate Gyrus: Retrograde Trans-Synaptic Tracing with Rabies Virus Vector in the Rat
http://www.plosone.org/article/info%3Adoi%2F10.1371%2Fjournal.pone.0078928



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1: ケンシロウとユリア百式φ ★ 2013/08/03(土) 22:27:49.91 ID:???

理化学研究所(理研、野依良治理事長)、ユーリッヒ研究所(アヒム・バッケム所長)、沖縄科学技術大学院大学(OIST、ジョナサン・ドーファン学長)は、2013年7月にスーパーコンピュータ「京(けい)」の全計算ノード82,944個(約70万個のCPUコア)を使用した、17億3,000万個の神経細胞が10兆4,000億個のシナプスで結合された神経回路のシミュレーションに成功し、ヒト脳の神経回路の全容解明に向けた第一歩を踏みだしました。
これは、理研が代表機関となっている「HPCI戦略プログラム 戦略分野1:予測する生命科学・医療および創薬基盤」を中心とした合同チームとドイツ・ユーリッヒ研究所の神経科学・医学研究所(マーカス・ディースマン所長)と、理研脳科学総合研究センター(BSI、利根川進センター長)、OISTとの共同研究グループの成果です。

「京」による今回のシミュレーションは、脳の神経回路のシミュレーションとしては世界最大で、従来の記録を神経細胞数で 6%、シナプス数で16%上回りました。この成功は、ヒトの脳の学習機能などを精密かつ自在に表現するシミュレーションの開発につながるものです。
また、色々なモデル化ができ、パソコンからスパコンまで利用可能な汎用な脳神経回路シミュレータ「NEST」を用いて行ったことにも大きな意味があります(図1)。NESTはオープンソースソフトとして公開され、世界中の神経科学者が使用することが可能なため、この分野の国際標準になることが期待できます。

図1:JUQUEEN によるNESTと「京」によるNESTのシミュレーション結果の比較
5611f7f4.gif

http://www.riken.jp/~/media/riken/pr/topics/2013/20130802_1/fig1.gif
ユーリッヒ研究所が保有するスパコン「JUGENE」(前システム)、「JUQUEEN」(現システム)と理研が保有するスパコン「京」それぞれによるNESTのシミュレーション結果の比較。
青がJUGENE、水色がJUQUEEN、赤が「京」による計算を示す。
「京」の方がコアあたりのメモリー量が多いため、大規模なシミュレーションが可能となった。

また、今回のシミュレーションは、これまで開発されたシミュレーション技術と「京」の生物学応用の限界を確認する意味もありました。結果として、生物学的には1秒間に相当することを「京」では計算に40分かかかりました。この1秒間に各神経細胞は平均して4.4回発火しており、これはモデル化した大脳皮質の神経細胞の実際の発火頻度とほぼ一致しています。

今回シミュレーションに成功した神経回路は、脳科学における実験動物として注目されているマーモセットなどの、小型霊長類のサルの全脳の規模に達しています。共同研究グループが長期的にモデル化を目指しているヒト脳の神経回路は巨大であり、今回の回路はその1%程度の規模に過ぎませんが、動物を用いた実験的基礎研究と、このようなシミュレーションの積み重ねを通して、最終的には人間の脳の仕組みを解明していくことが期待できます。
また、今回の成功で、ヒトの脳全体のシミュレーションに必要なメモリー量と計算速度の比率が分かり、今後のスパコンの設計に役立つ指針が得られました。

「京」は、演算処理速度の面では2012年以降スパコンランキングのランクを落としていますが、メモリー量という点では「京」は現在でも最高水準で(表1)、脳の神経回路のシミュレーションなどに適しており、今後も「京」の活用の期待が高まります。

※表1はソース元でご確認下さい。

ソース:理化学研究所(2013年8月2日)
http://www.riken.jp/pr/topics/2013/20130802_2/
※ソース元にNESTやISLMなどの補足説明がございます。



【神経】スパコン「京(けい)」を使い10兆個結合の神経回路シミュレーションに成功…世界最大最大規模/理研などの続きを読む
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