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スパイク時刻依存可塑性則を組み込んだ培養神経回路網の低遅延な結合強度推定

スパイク時刻依存可塑性則を組み込んだ培養神経回路網の低遅延な結合強度推定

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カテゴリ: 論文誌(論文単位)

グループ名: 【C】電子・情報・システム部門

発行日: 2019/05/01

タイトル(英語): Low Delay Connection-strength Estimation of Cultured Neuronal Networks Considering Spike-timing-Dependent Plasticity Rule

著者名: 朝比奈 昂洋(東京大学大学院 工学系研究科),榛葉 健太(東京大学大学院 工学系研究科),酒井 洸児(東京大学大学院 工学系研究科),小谷 潔(東京大学 先端科学技術研究センター),神保 泰彦(東京大学大学院 工学系研究科)

著者名(英語): Takahiro Asahina (School of Engineering, The University of Tokyo), Kenta Shimba (School of Engineering, The University of Tokyo), Koji Sakai (School of Engineering, The University of Tokyo), Kiyoshi Kotani (Research Center for Advanced Science and Technology, The University of Tokyo), Yasuhiko Jimbo (School of Engineering, The University of Tokyo)

キーワード: シナプス結合強度,カルマンフィルタ,スパイク時刻依存可塑性,微小電極アレイ  synaptic connection strength,Kalman filter,spike-timing-dependent plasticity,microelectrode array

要約(英語): Estimating current states of neuronal networks from multi-neuron measurement helps a brain-machine interface to replace lost brain functions. Estimating brain states based on a physiological model has a huge advantage on estimation accuracy and directness to biophysical phenomenon. In this study, we propose a model-based method for accurate synaptic connection estimation with short time delay. The method merges our previous method and Song's spike-timing-dependent plasticity rule using Kalman filter to utilize past estimation data by assuming prediction rules. The proposed method achieved an accurate estimation by 5 s of recorded data, while previous method required > 20 s. Then, it was examined if the method can detect stimulation-induced plasticity in living neuronal network, using rat cortex neurons cultured on a microelectrode array. The proposed method detected synaptic plasticity immediately after induction. These results suggest that our method is suitable for estimating synaptic connection strength accurately with a short time delay.

本誌: 電気学会論文誌C(電子・情報・システム部門誌) Vol.139 No.5 (2019) 特集Ⅰ:電子・情報・システム技術とものづくり 特集Ⅱ:生体を診る・解く・支える技術

本誌掲載ページ: 596-602 p

原稿種別: 論文/日本語

電子版へのリンク: https://www.jstage.jst.go.jp/article/ieejeiss/139/5/139_596/_article/-char/ja/

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