The Swingy Brain

アナウンスメント　３つ

2010-07-17T06:59:00.002-04:00

このブログは活動休止状態になってますが、生きてます（たぶん）。

今回は３つアナウンスメントです。

第一に、９月１日、神戸で開催されるシンポジウム「若手研究者とのクロストーク」でトークさせてもらうことになりました。

このシンポジウムは、Neuro 2010（翌日から開催される神経科学の学会）のオフィシャル・サテライトシンポジウムで脳科学若手の会の方々が企画されたとのこと。

研究の内容についてだけではなく，そこまでの道のりや，キャリアプランについてもお話していただく予定です。質疑応答の時間をたっぷり準備していますので，ノンアカデミックな質問も大歓迎です。講演は英語ですが，質疑応答は日本語もOKです。

とあり、普段のトークとは違うことが要求されているので、何を・誰に向けて・どうトークすべきか、ややプレッシャーを覚えております。。。（「ノンアカデミックな質問」は、他の演者の方々にされた方が良い答えが返ってくると思います。。。）

ちなみに、このシンポジウム後に、若手研究者国際交流会というイベントがあり、こちらも参加します（ついでにポスター発表もすることになってます）。会場で気軽に声をかけてやってください。

これらのイベントは大学院生やポスドクが対象だと思いますが、参加登録はこちらから可能となってます。（国際交流会の参加登録締め切りは７月３０日）

---
二つ目のアナウンスメント。

上に関連して、Neuro2010で発表します。口演はrejectだった（よくあること）のでポスター発表となってます。大会２日目、９月３日に発表予定です。

---
最後のアナウンスメント。

今全英オープンで盛り上がってるスコットランドへ８月から移籍することになりました。グラスゴーのUniversity of StrathclydeへLecturerとして行き、独立したラボを運営していく予定です。

ということで、上述のサテライトシンポは、ちょうど移籍直後のタイミングになるので、就活関連の話や今後の研究方向も含め少しお話しできればと思ってます。

と、就活・移籍準備などでこのブログは休止状態になってましたが、これからもtwitter、プライベート寄りなネタを扱うブログ、そしてこのブログを軸にウェブ上の活動は続けていきます。

よろしくお願いします。

目と乱数

2010-03-27T08:39:00.002-04:00

目は口ほどにものを言う
目は心の鏡

このことわざにぴったりの研究が、最新のCurrent Biologyという雑誌に報告されている。

数をランダムに次々に言う時に目の動きも測ってみる。すると、目が右上に動いたら、次に言う数は前に言った数より大きくなり、逆に、左下に目が動いたらより小さい数を言うことがわかった。

研究では、参加者の人たちに、メトロノームのリズムに合わせて、１から３０までの数をできるだけランダムに言ってもらう。その間に眼球の位置も計測しておく。

そして、直前に言った数と次に言う数の差、それから目の動きとの関係を調べている。

実は、以前の研究から、SNARC（spatial-numerical association of response codes）効果(PDF)というのが知られている。例えば、スクリーンに数字を表示して、それが偶数か奇数か答えてもらい、その反応時間を測ってみる。すると、小さい数をスクリーン左側に表示すると早く反応し、逆に大きい数は右側に表示すると早く反応する。つまりは数と空間認識との間に密接な関係がある、ということを示す行動レベルでの効果でもある。

今回の研究では、そのアイデアを乱数生成に拡張している。

まず、目の動きの「方向」から、乱数が直前に言った数から増えるか減るか「数の方向」を予測できるか調べた。すると、目の水平方向（右か左か）からは61.6%、垂直方向（上か下か）からは65.7%の精度で予測できた。

さらに踏み込んで、目がどれくらい動いたかと、数がどれくらい変化したかという「程度」の関係も調べた。すると、言った数の変化が大きい時ほど、目の動きもより大きかった。目が右上に大きく動いたら、次はより大きな数を言い、左下に大きく目が動いたらより小さな数を言った、ということになる。

ということで、目の動きと乱数発生は、単なる方向だけでなく程度という点でも密接な関係があることがわかった。

実は最近、認知神経科学の分野では、数と空間認知には密接な関係があって、空間認知に重要とされてきた頭頂葉がやはり数の情報処理にも重要だということがわかってきている。つまりは、行動レベルだけでなく、脳のレベルで見ても、数と空間の情報処理は密接な関係がある。

例えば、最近の研究で興味深いのは、昨年サイエンスに発表された論文。そこでは、注意の空間的な方向（目の運動）に関連した脳活動からコンピューターをトレーニングしておけば、足し算か引き算をした時の脳活動もある程度区別できてしまうことを報告している。

今回の乱数発生と目の動きの関係を説明する脳のメカニズムはまだわからないけど、もしかしたら似たメカニズムが働いているのかもしれない。

---
文献情報

Curr Biol. 2010 Mar 23;20(6):R264-R265.
Eye position predicts what number you have in mind.
Loetscher T, Bockisch CJ, Nicholls ME, Brugger P.
今回紹介した文献

Nat Rev Neurosci. 2005 Jun;6(6):435-48.
Interactions between number and space in parietal cortex.
Hubbard EM, Piazza M, Pinel P, Dehaene S.
数と空間認知と頭頂葉の関係についてまとめた総説。ヒトの行動レベルから脳活動だけでなく、マカクザルの神経生理学の話も扱った包括的な内容となってるもよう。

Science. 2009 Jun 19;324(5934):1583-5. Epub 2009 May 7.
Recruitment of an area involved in eye movements during mental arithmetic.
Knops A, Thirion B, Hubbard EM, Michel V, Dehaene S.
上の総説での予言を検証した論文ということになるのか。

Trends Cogn Sci. 2003 Nov;7(11):483-8.
A theory of magnitude: common cortical metrics of time, space and quantity.
Walsh V.
Current Biologyの論文でも議論しているA theory of magnitude (ATOM)という理論について

Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci. 2009 Jul 12;364(1525):1831-40.
The parietal cortex and the representation of time, space, number and other magnitudes.
Bueti D, Walsh V.
アップデート版か？

＜関連本＞
The Number Sense: How the Mind Creates Mathematics

Dehaeneの書いた本で、このトピックに興味がある人にはお薦めできそう。

抑制性細胞の活動と脳状態

2010-02-20T07:40:00.003-05:00

何かに集中している時とボーっとしている時、脳の活動はどう違うだろう？

最近ニューロンに掲載された研究によると、その答えは、ニューロンの種類によって違う。ニューロンの出力信号である「スパイク」を出すネットワークレベルの仕組みも、ニューロンの種類によって違うことがわかってきた。

---
集中時と安静時、脳の活動はどう違うか。それを脳波で測ってみると、「遅い波の成分」が違う。ボーっとしていたり、寝ている（ノンレム睡眠）時、脳波の遅い成分が大きい。大きく・ゆっくりゆらいでいる。

つまりは、行動の状態（集中時、安静時、ノンレム睡眠中、レム睡眠中など）が違えば「脳状態」も違う。

もっと掘り下げて、集中時と安静時、「ニューロン」の活動はどう違うか、という問題を考えてみる。

大脳新皮質にはいろんなタイプのニューロンがいることは１００年くらい前にはわかっていたけど、そんな多様なニューロンが、違う脳状態の時にどんな振る舞いをするか？という問題は、最近ようやく詳しく調べられるようになってきた。

今回の論文（スイスのPetersenたちの研究）では、ヒゲの感覚情報を処理する「バレル皮質」で興奮性と抑制性ニューロンの活動をマウスで調べている。そして、わかったことは次の通り：
１．脳状態が変わると抑制性ニューロンの活動も変わる。その変わり方は、抑制性ニューロンの種類によって違う。
２．ニューロンのペアの活動は、安静時、よりシンクロしている。
３．興奮性ニューロンがスパイクを出す時、細胞膜の電位変化は近くの興奮性ニューロンとは協調していない。一方、抑制性ニューロンがスパイクを出す時、膜電位は近くの抑制性ニューロンと協調している。

この論文は、神経回路の振る舞いが違う脳状態の時にどう違うか、という問題を理解していく上で、非常に重要な研究。

以下は、論文の著者自ら語った解説ムービー。

---
ここからは、ジャーゴンをもっと入れながら。。

今回の研究では、GAD67-GFPマウスを使って、生きた・起きているマウスのバレル皮質のGABA作動性ニューロンを２光子レーザー顕微鏡で可視化しながら、in vivo dual patchという、離れ業をやっている。そして、膜電位、スパイク、ペアの活動相関、スパイク発生機構を2/3層で調べている。

細胞種は、錐体細胞、GAD67陽性細胞としては、FS細胞とnon-FS細胞の二種類がターゲット。

重要な図は図３、５、６か。

図３では、単一細胞レベルの脳状態依存性を調べていて、whisking時（マウスのムービーを撮ってヒゲを動かしているか否かでwhiskingかquietか分類している）、FS細胞は発火頻度を下げ、non-FS細胞は発火頻度を上げている。つまりは、脳状態がスイッチすると抑制性細胞の活動もスイッチする感じ。錐体細胞に関しては、有意な差はなかったようだ。

図５では、脳状態と膜電位相関の関係を調べていて、どのペアでもquiet時で相関が高いことを確認している。

図６では、ペアの片方がスパイクを出した時、相方の膜電位変化を調べた点がポイントで、錐体細胞同士は協調していない。一方、抑制性細胞ペアは非常に協調した膜電位変動をしている、ことを示している。

---
いろいろ思うところはあるのだけれども、一番気になるのは、whisker時の活動は「自発活動」なのか、感覚応答も含めた活動なのか解釈不明な点（これは対象モダリティーの抱えている大きな問題のようにも思える）。少なくとも2008年のNature論文のような対照実験をしないとその問題はクリアできないのではないか。図３の発火頻度の変化は、自発活動と感覚応答と脳状態の３つのパラメーターが混ざったデータになるのではないか？図６はsignal correlation的なものを見てるのか、noise correlation的なものを見ているのか、しっかり解釈するのが難しくないか？（そもそも脳状態を区別していないようだし）

あと、前から気になっているのは、C2バレルに特化した研究をしているという点。別に他のバレルは違うんでは？とかそういうことを言っているのではなく、C2以外のヒゲを全部切ってしまうと、他のバレルからの影響が変わってしまう可能性を排除できないはずで（例えば側方抑制とか）、ヒゲが全部ある時、結果がどうなるかは誰もわからないのではないか。視覚研究のアナロジーで考えると、古典的受容野刺激のパラダイムを採用しているようにも思える。（実際、古典的受容野の外にも刺激を出すと、スパースさが増したりもする。）

一方で、図６は、ここのところイメージングや電気生理でコンセンサスが得られつつある傾向を、膜電位レベルで示唆しているとも解釈できるから、脳の場所、動物種が変わっても、共通している現象なのかもしれない。

とにかく、Petersenのグループはこのテーマの先導者で、技術レベルは世界最高レベルだから、これからどんなデータを見せてくれるか今後も注目。

---
今回紹介した論文
Neuron. 2010 Feb 11;65(3):422-435.
Membrane Potential Dynamics of GABAergic Neurons in the Barrel Cortex of Behaving Mice.
Gentet LJ, Avermann M, Matyas F, Staiger JF, Petersen CC.

バックグランドとして必読論文はこちら
Nature. 2008 Aug 14;454(7206):881-5. Epub 2008 Jul 16.
Internal brain state regulates membrane potential synchrony in barrel cortex of behaving mice.
Poulet JF, Petersen CC.

神経科学の実験技術ガイド

2009-12-26T08:16:00.002-05:00

The Guide to Research Techniques in Neuroscience presents the central experimental techniques in contemporary neuroscience in a highly readable form.
- William T. Newsome

MRIの画像処理をしている人でも「ゲルのバンド」を読めなければいけない。タンパク質の解析をしている人でも「スパイクのラスター」を読めなければいけない・・・

神経科学の研究をやっていくには、いろんな実験法を幅広く理解しておかないといけない。

そのためのガイドブックともいえる、Guide to Research Techniques in Neuroscienceという本が最近出版された。

---
現代神経科学は、カハールがゴルジ法を使って、神経系の構造を記述することで始まった。それから100年以上の年月を経て、今では、一人ではとてもフォローしきれないくらい多くの実験法が脳研究で開発・応用されてきた。

では、
主に使われている実験法はどれくらいあるだろうか？
それを網羅した情報源はあるだろうか？
そんな情報がウェブにあったとして、それは、なじみのない人にもわかるよう噛み砕かれて説明されているだろうか？

その３つを満たしそうな本がGuide to Research Techniques in Neuroscienceという本。

---

この本はスタンフォード大のコースをもとに書かれているようで、MRIや動物行動実験から、電気生理学、組織学、光学、分子生物学、生化学まで、現在主に使われている、あるいは使われつつある実験方法の原理と簡単な流れが網羅されている。

本は14章から成り、各章のトピックは以下の通り（自分なりに英語を意訳してます）：
第１章：全脳イメージング（MRIなど）
第２章：動物行動（げっ歯類、ショウジョウバエ、線虫が中心）
第３章：脳定位手術（脳に手術を施す方法論全般）
第４章：電気生理（細胞内・外記録など）
第５章：顕微鏡（光顕、電顕）
第６章：解剖・組織学的方法論（各種染色法）
第７章：細胞・シナプスレベルのイメージング（含、オプトジェネティクス）
第８章：遺伝子スクリーニング（含、分子生物学の基礎）
第９章：DNAテクノロジー（PCR、シーケンスなど）
第１０章：遺伝子導入法（ウィルスなど）
第１１章：トランスジェニック法（Gal4やCreなども）
第１２章：内在遺伝子操作法（ノックアウト、RNAiなど）
第１３章：細胞培養技術（含むiPS）
第１４章：生化学・細胞内シグナリング（ウェスタンからChIPまでタンパク関連）

各章のスタイルはこう：まず、この章を読めば何を学べるか、カバーしている方法が箇条書きされている。続いて、簡潔な概論から各論へ移り、最後に参考文献が紹介されている。

各章は独立しているので、興味のある章を読んでいく参考書的な使い方をすれば良い。また、さらに興味があれば、参考文献を調べて理解をより深めることが可能。

---
４つの研究法

本のイントロとして、研究レベルを問わず一般的に当てはまるであろう４つの研究戦略が紹介されていた。

その４つとは、
１．ケーススタディー（examining case studies）
２．スクリーニング(screens)
３．記述(description)
４．操作（manipulation）

１は、実験というより、レアな臨床報告のように、脳の働きについて語ってくれる事例のことを指す。例えば、最近脳のスライス作りがウェブキャストされたことで話題になったH.M.ことHenry Molaisonさんや、Phineas Gageの話が典型例。

ラマチャンドランの「脳のなかの幽霊」やオリバーサックスの本はそのケーススタディーのオンパレードといえば良いか。一般の人にはもっともなじみのあるトピックではある。

そして２以降が、多くの研究現場で普段行われている研究戦略になる。

２の「スクリーニング」は、特定の脳機能に関わる脳領域、ニューロン、遺伝子を発見する、といった類の研究。

３の「記述」は、遺伝子発現、ニューロンの活動、脳のつながりなどを単純に観察する、といった研究。

そして４の「操作」は、外部環境や脳のある特性を操作して、その効果を調べること。Xを操作したらYはどう変化するか、を調べること。分子生物学を応用した研究で最も成功している。

ちなみに、本文中には、この操作実験でのデータ解釈に関する注意書きもあって参考になる。実際、ここで書かれているミス（拡大解釈）をやるケースがある。

---
この本はすばらしく良い本だけど、最大の問題は、いわゆる計算論について記述がなく、冒頭にその断りすらないこと。脳を理解するのに計算論は不要だという神経科学者はあまりいないはず。

なので、この本のタイトルは、Guide to Research Techniques in Neuroscienceというより、Guide to Experimental Research Techniques in Neuroscienceがより正確かもしれない。

また、プロの人にとっては、自身の専門技術が解説されている章を読むと、少し物足りなさを感じるかもしれない。

このような改善点はあるけれど、この本は多く方法を網羅している上に参考文献も充実している。なので、直接関わっていない方法論を知りたい時の参考書として最適で、神経科学を志す大学院生、あるいは神経科学へ参入を考えている研究者の壁を取り除いてくれる良書であるのは間違いない。

この本は、大学院生から最先端で活躍している研究者まで、幅広い人に強くお薦めできます。

twitter

2009-11-15T21:26:00.002-05:00

ここ数ヶ月、ブログの更新頻度が低下してます。
すみません。。。

セルフプロモーション的エントリーばかりで自分でもウンザリ気味です。
すみません。。。

一方で、右のガジェットコーナーでは宣伝していたので、気づいていた方も多いとは思いますが、数ヶ月前からtwitterを始めてます。

最近、自分なりの使い道が少し見えてきた気がするので頻繁にtweetするようにしています。

神経科学をまじめに考えたい・勉強していきたい人たちとネットワークを作れれば良いなぁ、なんて思ってます。

英語でtweetしてたりもしますが、twitterは日本語の強みを活かせるソーシャルメディアだと思っているので、このブログでもあえてエントリーを立ててみました（って、またセルフプロモーションしてるし。。。）。

twitterではセルフプロモーションは控え目ですので、ウザいと思わずぜひフォローしてやってください。

自発活動と聴覚応答の層構造

2009-11-11T12:27:00.003-05:00

大脳皮質で感覚の情報を処理する「感覚野」という場所があるけど、そこは感覚情報だけを処理しているだけでなく、感覚入力がない時でも活発に・自発的に活動（活性化？）している。

Neuronに掲載された論文によると、聴覚野で起こる自発的な活動と音に対する応答を神経細胞集団レベルで調べてみると、空間的な活動パターンには似た点があるけど、時間的な活動パターンは違うことがわかった。

---

寝ている時や、ボーっとしている時でも脳は活発に活動している。

一般に、感覚入力や運動出力に直接起因しない脳活動を「自発活動」と呼び、それは脳が働く様々な場面で重要な存在だとわかってきた。

例えば、少し前に出版された池谷さんの単純な脳、複雑な「私」の中でもこの自発活動のことが、非常にわかりやすく、いろいろな視点から語られている。

---
さて、その自発活動の研究分野で注目されているトピックの一つは、自発活動と感覚応答の類似性。

例えば、自発活動を脳（視覚野）の表面から見ていると、視覚入力で起きる神経活動と区別できないことがある。以前のエントリーでも紹介したように、視覚野だけでなく、聴覚野や体性感覚野でも似たことが起こっている。

---
では、自発活動と感覚応答の違いは何か？

今回の研究では、大脳新皮質が６層構造を持つことに注目して、ラットの聴覚野で神経集団活動を計測し、その「層構造」を解析している。そして、自発活動と聴覚応答の似ているところと違うところを調べた。（＊自発活動の中でもup状態と呼ばれるイベントに注目している。）

---
自発活動と感覚応答の違いは、活動伝播の仕方。

自発活動は、深い層から浅い層へ縦方向に活動が生じて、水平方向にはウェーブのように比較的ゆっくり伝播していく。

一方、感覚応答は、視床からの入力線維がたくさん集まっている層から始まって他の層へと縦方向に伝播。水平方向には、ウェーブというよりはフラッシュのように広い領域でほぼ同時に活動が現れる。

---
けれども、自発活動と感覚応答はやっぱり似ているところもある。

どう似ているかというと、神経集団のうちどれくらいの細胞がイベントに参加するか、という「スパースさ」が似ている。

脳の表面から浅い層（２/３層）の錐体細胞は、抑制性細胞や深い層（５層）の錐体細胞よりも少ない数の細胞しか活動していない。この傾向が、自発活動と感覚応答で似ていた。

---
まとめ：
聴覚野内での自発活動と感覚応答は、空間的な活動パターンは似ていても、時間的な活動パターンが違う。

今回報告された活動伝播の違いは、もしかしたら、脳が自分で作り出した自発活動と感覚入力とを区別する一つのメカニズムになっているかもしれない。

---
文献情報＋アルファ

Neuron. 2009 Nov 12;64(3):404-18.
Laminar structure of spontaneous and sensory-evoked population activity in auditory cortex.
Sakata S, Harris KD.
(＊Neuronのサイトから期間限定で論文PDFダウンロード可。フリー。こちら。）

長い記述的な論文で、読むのは大変かもしれません。が、どうか読んでやってください。。。ポイントとなる図は、全部、です。メッセージは図９ですので、それだけでもぜひお願いします。

図９のメカニズムと機能については、Discussionのセクションで議論してます。
ありがたいことに、Petersenたちがレビューを書いてくれてます（重要な関連論文を引用しながら、おそろしいくらいにこちらの意図を簡潔にまとめてます）。

ちなみに今回の論文では、テクニカルには、シリコンプローブと呼ばれる多点電極と、juxtacellular記録という神経活動（スパイク）を記録した細胞を解剖学的に特定できる方法を組み合わせていて、麻酔実験で得たデータの傾向を確認するために無麻酔の状態でもマルチニューロン記録をしてます。解析に関しては、情報量計算以外はややこしいこと・真新しいことは特にやってません。

ウェブ上にあるSupplemental Dataには１６個の図があります。

ちなみに、同時期にNature Neuroscienceに発表された理研BSIの磯村さんたちの研究では、運動野という出力部分の大脳皮質で、似た実験方法を、しかも実際に課題をこなしている動物に応用されていてます。

---
On the Cover

幸運にもカバーストーリーとして選ばれました！
冒頭の図はその原稿画像。

モチーフとしたもとの五重塔の画像にはこちらの写真を利用させていただきました。羽黒山五重塔です。コラージュしているニューロンたちは、僕が実際に計測・再構成した細胞たち（のコピー）。
コンセプトは、五重塔（塔の屋根を１層とみなす）と６層構造の大脳新皮質とのアナロジーです。

最後に、自発活動を脳全体で見たらこんな感じ？

なので、今回の論文は、脳のごくごく一部の活動を測りながら、少しだけ細かいことを語ったという位置づけになると思います（一方、細かい局所回路レベルの話という点でも解像度は非常に粗い）。

なので、巨大な脳という森の中にある五重塔、を少しだけ調べてみました、というくらい。脳全体のこと・もっと精密な回路について議論するには、まだまだいろんな技術的問題を抱えていて、いろんな人たちが参入してブレークスルーを起こす必要があると思います。

SfN2009

2009-10-25T09:38:00.002-04:00

シカゴの学会に行ってきました。他の方のブログでもすでにいろいろ触れられているので、できるだけ短く。

今回印象に残ったのはやはりoptogenetics。欧米で完全にブレークしてる印象で、ツールの充実ぶりが増し、アイデア次第でいろんなことができる・実際にやってる印象。Natureクラスの発表がたくさんあった。

他にはKandelせんせいのトークも印象的だった。あのお歳(もうすぐ80歳）であのパワーはホントにすごいの一言。ライフワークを教科書的なイントロから最新のネタまで1時間にまとめてジョークもいれつつ話した。おそるべきご老人。。。せっかくなら、最終日にトークをセットして、あの大観衆を最後まで残す戦略を運営サイドが取ってくれたら、最終日の発表になってももっと実りあるものになる気がする。

他には今年初めて気づいたけど、いわゆるCareer Development系のセッションが毎日何かしら開催されていて、論文や教科書を読むだけでは身につかない、サイエンスのやり方・サイエンティストとして生きていくスベをタダで学ぶ機会もあった。

最後に僕の発表について。オーディエンスは、このブログを見ていただいている方や知り合い2割（いつもありがとうございます）、ボスの名前で来た人4~6割、残りは、通りすがり的あるいはキーワード検索的に来られた方、という印象で、結果的には予想より忙しい4時間でした。ブログ上でいつもお世話になってるvikingさん、potasiumchさんにも来ていただき、vikingさんとは少しだけ日本語で四方山話も。。。

ただ、ここ数年一貫している傾向は、日本人女性には来てもらえないこと。。。う～ん。。。

それはともかく、シカゴは、街も会場もナイトライフも良い感じで、これからも開催し続けて欲しい場所でした。

聴覚野でのポピュレーションコーディング

2009-10-14T07:10:00.003-04:00

うちのラボの論文がEuropean Journal of Neuroscienceに出たので速報として。

この論文では、長い純音の情報は聴覚野のニューロン集団によってどう表現されているか、という問題に様々な解析をしながら取り組んでます。

---
文献情報（＊追記的情報更新）

Eur J Neurosci. 2009 Oct 14. [Epub ahead of print]
Population coding of tone stimuli in auditory cortex: dynamic rate vector analysis.
Bartho P, Curto C, Luczak A, Marguet SL, Harris KD.

全体的にネガティブなトーンの論文になってはいますが、複数のニューロン活動を扱ったデータ解析に興味のある人には参考になるのではないかと思います。

神経系の進化

2009-10-04T08:00:00.001-04:00

新着のNature Review Neuroscienceは神経系の進化の特集号になっていてる。
以下、各総説と関連記事・書籍へのリンク集を。（リンクだけで内容はないです。。。）

掲載されている総説は次の通り：
The origin and evolution of synapses
Tomás J. Ryan & Seth G. N. Grant
Nature Reviews Neuroscience 10, 701-712 (2009)

Considering the evolution of regeneration in the central nervous system
Elly M. Tanaka & Patrizia Ferretti
Nature Reviews Neuroscience 10, 713-723 (2009)

Evolution of the neocortex: a perspective from developmental biology
Pasko Rakic
Nature Reviews Neuroscience 10, 724-735 (2009)

Chordate roots of the vertebrate nervous system: expanding the molecular toolkit
Linda Z. Holland
Nature Reviews Neuroscience 10, 736-746 (2009)

Sleep viewed as a state of adaptive inactivity
Jerome M. Siegel
Nature Reviews Neuroscience 10, 747-753 (2009)

MicroRNAs tell an evo–devo story
Kenneth S. Kosik
Nature Reviews Neuroscience 10, 754-759 (2009)

---
Science. 2009 Jul 3;325(5936):24-6.
Origins. On the origin of the nervous system.
Miller G.

サイエンスのダーウィン特集の一貫として掲載されていた「神経系の起源」の研究分野の現状を紹介した記事。これは読みましたが面白かったです。ポドキャスト。

---
書籍

Principles Of Brain Evolutionという本では脊椎動物の脳の進化が比較解剖学的な観点からまとめまれている。少し前に出た本だけど、後半でネットワーク理論を絡めた議論もあったりと非常に洞察にあふれた本。ちょうどGilles Laurentの記事でも、彼がお薦めする一冊として紹介してます。

進化一般を学ぶための教科書としてはEvolutionは良い雰囲気（パート１だけ読んで挫折中。。。）。最後のパートなんかはすでに大きく書き足さないといけなくなった感じか。。。

１０月のイベント

2009-10-03T11:59:00.000-04:00

SfNの学会まで２週間ということで、絡んでいる演題（ポスター）の宣伝を。。。

Mon, Oct 19, PM
452.19/X32 - Effect of brain state on laminar organization of population activity in auditory cortex

私のポスター。今年はラボメンバーで並んで発表しないので、人は来ないと予想されます。。。一人淋しくポスターの前に立っていたら（いても？）、どうか声をかけてやってください。。。

以下は名をいれてもらっているポスターです。

Mon, Oct 19, PM
425.24/G2 - Dynamics of spike count correlations in neuronal populations in the rat auditory cortex

同じラボのハイメがプレゼン。

Wed, Oct 21, PM
847.5/S3 - A critical role of the superior colliculus in enhancing spatial accuracy but not reaction time by audiovisual integration

基生研時代からコラボを続けさせてもらってるプロジェクトです。演者の廣川君がとても頑張っているので、良いポスターになると思います。

と今回は３つのポスターに大なり小なり絡んでます。

---
学会後は、ラウンチミーティングのためベルギーへ行ってきます。

---
関連文献

PLoS Comput Biol. 2007 May;3(5):e102.
Ten simple rules for a good poster presentation.
Erren TC, Bourne PE.

PLoS Comput Biol. 2007 Apr 27;3(4):e77.
Ten simple rules for making good oral presentations.
Bourne PE.

完全適応

2009-10-03T11:00:00.000-04:00

「完全適応（perfect adaptation）」という言葉を最近学ぶ。

コンピューターの障害・損失に対して完全適応する研究者
を例にしてみる。

仮に、使っているコンピューターが壊れて、修理に１週間かかるとする。

半日、あるいは一日は生産性が仮に落ちたとしても、すぐに生産性をもとのレベルに戻せるだけの研究環境をすでに確立していたら、その研究者はコンピューター障害という外乱に対しロバストで完全適応できる研究者、と言っていいだろう。

---
もう少し抽象度を上げてみる。

あるシステムがいて、それを取り巻く環境がAからBに変化したとする。

環境がBへ変化した瞬間、そのシステムの出力は一時的に変化したとしても、時間が少し経つと環境Aの時と全く同じ出力を出すように適応したとする。

このように、環境AとBで、定常状態の出力レベルが全く同じなら、出力は環境入力に依存しない、と言える。

この場合、システムとしては、環境入力に一々チューニングしてないから、いわゆる「ロバスト」な特徴を示していることになる。

こういう外部環境の変化に対して完璧に適応することを文字通りperfect adaptationとかexact adaptationと言うらしい。

---
少し前のセルに、これに関連した論文が２つほど掲載されていた。

詳しいことまではフォローしてないけど、一つの論文では酵母の浸透圧変化のシグナリング経路にあるHog1というMAPカイネースの核内濃度変化がその完全適応を示すらしいことを報告している。

別の論文では、完全適応を示すネットワークトポロジーを網羅的に調べてやれ、というモチベーションから調べてみたら、ネガティブフィードバックを持つトポロジーと、フィードフォワードな入力成分がポジ・ネガで拮抗するトポロジーの二つしかなさそうだ、ということを理論的な研究から主張している。後者はmust-readな論文である。

---
この完全適応の歴史を調べてみると面白い。

研究としては大腸菌の化学走性をモデルとして理論と実験の研究が進み、エンジニアリングの言葉として知られていた「積分フィードバック（integral feedback）」を持つシステムと完全適応をするシステムは等価だとわかったらしい。このあたりが基礎になって、いわゆるロバストネスの議論では必ずのように見かけるコンセプトのようだ。

＊Uri AlonのAn Introduction to Systems Biology: Design Principles ofBiological Circuitsという教科書の７章で基本的なことがわかりやすく、かつ詳しく説明されているので、興味のある方には超お薦め。

---
では脳は？

おそらく言葉こそ違えど、等価なことがいろんな場面ですでに語られている気はする。脳だって適応しまくるわけだし。

例えば、神経細胞の活動、特に僕が研究している聴覚野で考えると、関連しそうな論争が昔からある。上で紹介した研究を踏まえて、脳はどうかと考えるのは一興かもしれない。雑感。

人工網膜

2009-09-27T11:32:00.004-04:00

ニューヨークタイムズに人工網膜の記事が掲載されている。

最近、人工網膜を取り付ける手術をしたBarbara Campbellという女性への取材を中心に、人工網膜と視覚治療の最前線が紹介されている。

ウェブの記事に、Campbellさんの手術前後を取材したビデオがあって非常に印象的。人工網膜で、光を感じられるまでには回復しているとのこと。

記事では、人工網膜だけでなく、遺伝子治療や幹細胞の研究についても少し言及されていて、さらに最新医療関連の論文へのリンクもあったりと非常に充実してます。

---
関連書籍
ブレイン・マシン・インタフェース―脳と機械をつなぐ

Shattered Nerves

注意によって減る神経集団活動の遅い変動性

2009-09-26T11:15:00.005-04:00

重要な論文が新着のNeuronに出てます。

Reynoldsたちの論文。

その論文では、「注意タスク」をこなしているマカクザルの視覚野（V4）からニューロンたちの活動を計測している。そのタスクでは、視線を動かさずにターゲット刺激を（心の中で）トラックし続けないといけない。

研究からわかったことを一言でいうと、
遅い神経活動の「ゆらぎ」が注意によって減って、神経集団活動のSN比が改善する
ということ。

テクニカルには、個々のニューロン、ニューロンペアについて活動の変動性（ここでいう「ゆらぎ」）を定量しながら、エレガントにデータを示している。「神経集団活動のSN比」に関しては、Zoharyらの論文と同じ方法で解析している。つまりは、注意による影響を加味しながら、ノイズ相関と情報表現の問題に取り組んだ研究ということになる。

「遅い成分」という部分がホントかどうかは、別の計測法、解析などで検証しなおす必要がある気もするけど、主張はとにかくすばらしいと思った。

文脈としては、注意の研究としての文脈もあるだろうけど、ShadlenとNewsomeが中心として議論されてきた問題との絡みが本質と僕は理解した。ただ、Discussionはかなり混乱しているようにも思えた（CohenとNewsomeの研究との比較については、文量の割りに単に逃げてるようにしか見えない。。。もっと今回の論文の重要性を指摘すべきではないか）。

とにかく、この論文は重要な現象を報告しているので、Discussionで議論しているたくさんの問題がどうクリアになっていくのか個人的には注目したい。膜電位を計測しながらこの問題を考えたいところ。

---
文献情報
Neuron. 2009 Sep 24;63(6):879-88.
Spatial attention decorrelates intrinsic activity fluctuations in macaque area V4.
Mitchell JF, Sundberg KA, Reynolds JH.

クリアな解析、クリアな結果の提示法、論文の書き方、いろんな点で学ぶことが多い論文。

追記：
最近出たKohnとSmithたちの総説はすばらしく良くまとまってます。

聴覚野応答の非線形システム論的予測

2009-08-26T13:14:00.007-04:00

共著論文がJournal of Neuroscienceに出た(PDF)。

この論文では、力学系モデルを応用して、聴覚野での感覚応答を予測している。

ポイントは、脳が「活性化状態」と呼ばれる状態の時、聴覚野の神経細胞たちは線形システムに近い振る舞いを、一方、「不活性化状態」の時は非線形な振る舞いをしていそう、ということ。

＊「活性化状態」は英語ではactivated stateもしくはdesynchronized stateと呼ばれる脳の状態で、覚醒中やREM睡眠中に見られる。「不活性化状態」はinactivated stateもしくはsynchronized stateと呼ばれ、麻酔の効きが深い時や徐波睡眠中に見られる。

力学系モデルとして、ニューロンの活動電位発生を記述するのに使われるFitzHugh-Nagumoモデルを応用している。教科書によく出てくるホジキン・ハクスレーモデルに対し、このFitzHugh-Nagumoモデルは２個の変数だけでニューロン活動を記述できるシンプルさがポイント。

今回はそれを応用して、ニューロン集団の活動を記述しようとした。もちろん、予測精度はまだまだまだまだ・・・改善の余地はあるけれど、詳細を無視したシンプルなモデルの割に、神経集団活動の一側面はそれなりにとらえている気はする（しかも単一試行単位で）。

研究文脈としては、Arieliたちの研究から続いている脳状態と感覚応答の関係を調べる研究トピックの延長線上にあり、聴覚野の計測データに非線形物理の手法を応用した点が一つのポイント。もう一つのヴィジョンとしては、ブルー・ブレイン計画（こちらも）に代表される超ボトムアップな計算論的方法と実験的なマルチニューロン計測の間を埋めるような研究方向、ということかと思われる。（BMIにも応用もできそうな、神経集団活動を「予測」する一解析法を提案したととらえても、もしかしたら良いかも？）

神経生理学と物理を融合する研究分野の一つとして、こういうのもアリということで、個人的にはこのプロジェクトに関われていろいろ勉強になった。

ちなみに、筆頭著者のカリーナさんは、もともと数学・物理出身で、うちのラボに来て初めて神経科学を一から勉強し、新学期からアメリカの中北部で独立する優秀な女性研究者かつ一児の母（旦那もいれて二児という意見もアリ。。。）。

---
参考情報

J Neurosci. 2009 Aug 26;29(34):10600-12.
A simple model of cortical dynamics explains variability and state dependence of sensory responses in urethane-anesthetized auditory cortex.
Curto C, Sakata S, Marguet S, Itskov V, Harris KD.

わかりやすく書かれているので、数式アレルギーがあっても読めると思います。モデルはあくまで現象論的な抽象度の高いモデルですが、一応、生物学的な解釈も本文中で少し議論していて、そういう点でも計算論以外の人にも読みやすくなっていると思われます。

ちなみに、この分野の基礎を学びたい場合、
Dynamical Systems in Neuroscience: The Geometry of Excitability and Bursting
がとにかくお薦めの一冊。

今回の論文で登場するFitzHugh-Nagumoモデルもしっかり解説されています。
本の内容的には、単一ニューロンの挙動を非線形システム論的に説明した教科書ですが（最終章は除く）、今回の論文のように、アイデア次第で神経集団レベルの研究にも応用できたりするので、神経科学での非線形物理学に興味がある人は必読な一冊なのかも。

日本でも合原先生をはじめ、非線形物理の分野で世界的に有名な先生方がいらっしゃるので、そういうプロ中のプロの先生が書かれた本を読むのも良いかもしれません。

個人的に読んだことがある日本語の非線形物理関係の読み物としては、蔵本先生が書かれた非線形科学は一般向けの本で、薄いのに情報が濃縮されていて、非常にインプレッシブな一冊でした（その分、読むのに時間がかかります。。。）

聴覚野と注意

2009-08-15T08:45:00.005-04:00

以前、「脳状態と聴覚野」の中で少し扱ったトピック「注意」について再び。

ニューロンの活動を計測しながら聴覚系の注意を研究している２大グループがいて、２００７年にその二つのグループが総説を書いている。今回は、Zadorグループの総説をまとめます。

---
まず総説の大まかな構成は以下の通り：
1. Introduction
注意を研究するモチベーションを述べている。

2. A brief and idiosyncratic review of auditory attentional modulation
聴覚系での注意の研究史を簡単にまとめている。

3. Toward the mechanisms of attentional modulation
著者らの研究戦略と進捗状況について記述している。

4. Conclusions
彼らのヴィジョンがまとめられている。

---
各パートをもう少しだけ掘り下げて：

1. Introduction
ポイントはこう：単純化したフィードフォワード型の回路として脳を考える昔ながらの研究は、行動状態（本文中ではbehavioral and/or cognitive stateという表現）によって情報処理が変わるという事実を考慮にいれてなくて、そういう神経活動に影響を及ぼすような行動・認知状態を調べるモデルとして聴覚系の注意を研究しますよ、ということ。

2. A brief and idiosyncratic review of auditory attentional modulation
キーとなる歴史的な背景が非常に簡潔にまとめられている（Fritzらの総説が断然に詳しい）。

大まかな歴史としては、１９５９年のHubelたちの研究がパイオニアで、その後、麻酔研究最盛期になったからか、しばらく停滞。そして、２０００年に入って、Fritzたちの研究を中心に、聴覚研究者からまた脚光を浴びてきた。（ここで実際に紹介されている論文たちは後述）

3. Toward the mechanisms of attentional modulation
著者たちは注意を神経回路レベルで理解したいと思っていて、そのためのモデル生物としてげっ歯類を対象としている。そのメリットとして２つ挙げている。

第一に、コスト。
維持コストが安く、平行してたくさんの動物をシステマティックにトレーニングできると。

第二に、技術。
パッチクランプを含めた電気生理はもちろん、分子、イメージングを応用しやすいと。

さらに、著者らが現在どんな行動課題を開発して、どんな神経相関をとらえつつあるか、この時点での進捗状況を報告している。（彼らの最近の関連論文は後述）

4. Conclusions
聴覚野の聴覚応答は、感覚刺激だけでなく、刺激が呈示された時の行動文脈に影響を受ける。それをげっ歯類をモデルに、様々な方法論でアプローチしていくのが戦略。そして長期的ヴィジョンは、注意やモチベーションといった、非感覚的な要因が神経回路の活動をどう変えるのか理解して、最終的にはカクテルパーティー効果といった問題を皮質でどう解かれているか理解したいということ。

---
参考・補足情報

Hear Res. 2007 Jul;229(1-2):180-5. Epub 2007 Jan 17.
Toward the mechanisms of auditory attention.
Hromádka T, Zador AM.
今回紹介した総説。
Hearing Researchという専門性の高い雑誌ということで、聴覚研究者をターゲットに書かれている。視覚でバリバリ注意を研究されている方には、聴覚研究はこんなものか、と思われるかもしれません。。。ただ、げっ歯類を対象にした研究という点で、回路・シナプスレベルの注意研究への期待を持てるかもしれません。あと、書き方は参考になります。

Zador研の最近の論文のうち、この総説で書かれていることと関係する論文を（他にも重要論文たくさんアリ）
Nat Neurosci. 2009 May;12(5):646-54. Epub 2009 Apr 12.
Engaging in an auditory task suppresses responses in auditory cortex.
Otazu GH, Tai LH, Yang Y, Zador AM.
新規性に関してはコメントは難しいけど、iPodならぬrPod（rはratのr）を開発して、いろんな観点から注意による活動減少を調べた点は評価して良いと思ってます。ただ、神経集団の計測規模をもっと上げたらどうなるかは注意が必要か。

PLoS One. 2009 Jul 7;4(7):e6099.
PINP: a new method of tagging neuronal populations for identification during in vivo electrophysiological recording.
Lima SQ, Hromádka T, Znamenskiy P, Zador AM.
オプトジェネティックス。アイデアが非常にすばらしい。論文はまだ読んでないけど、「同期（単シナプス性の遅延も含むくらいの時間）」の問題がやっかいと筆頭著者の人が以前言っていた。

Curr Opin Neurobiol. 2009 Aug 10. [Epub ahead of print]
Representations in auditory cortex.
Hromádka T, Zador AM.
今気づいた総説。

---
総説中の２番目のセクションで引用されていた文献を備忘録的にリストアップ：

Science. 1956 Feb 24;123(3191):331-2.
Modification of electric activity in cochlear nucleus during attention in unanesthetized cats.
HERNANDEZ-PEON R, SCHERRER H, JOUVET M.
蝸牛核のレベルですでに神経活動が変化すると報告した模様。

Science. 1959 May 8;129(3358):1279-80.
Attention units in the auditory cortex.
HUBEL DH, HENSON CO, RUPERT A, GALAMBOS R.
Hubelらの研究。ネコが音源に注意を向けた時にだけ聴覚刺激に応答する”attention units”を聴覚野から報告していて、１０％くらいこのカテゴリーに入るのではないかと見積もっている。さらに、注意という変量を定量することの困難さも指摘している。「聴覚野と注意」という点では最初の研究か。

J Physiol. 1964 Jun;171:476-93.
CLASSIFICATION OF UNIT RESPONSES IN THE AUDITORY CORTEX OF THE UNANAESTHETIZED AND UNRESTRAINED CAT.
EVANS EF, WHITFIELD IC.
Hubelらの研究やKatsukiらの先駆的な研究などを受けて行われた包括的研究。たぶんmust-readで、聴覚野に特化した神経生理の研究ってこの時代から質的に進展してないのでは？とすら思えるくらいいろんな重要問題に取り組んでいる。

Science. 1971 Jul 23;173(994):351-3.
Human auditory attention: a central or peripheral process?
Picton TW, Hillyard SA, Galambos R, Schiff M.
クロスモーダルな注意（音と光が同時に呈示されて、どちらかの感覚モダリティーに注意を向けること）を調べる実験系をはじめて導入した先駆的な研究の一つ。論文の扱っているトピックとしては、上述の蝸牛核での注意による影響をヒトで調べたけど、再現できなかった、というネガティブデータで論争を巻き起こそうとしている様子。（そもそも計測法、計測対象が違うんだから、ネガティブデータを得たところで論争を巻き起こせるのか？という気もするけど、当時の研究文脈としては重要だったのだろう。）現在、この論争がどうなっているか気になるところ。

Science. 1972 Aug 4;177(47):449-51.
Single cell activity in the auditory cortex of Rhesus monkeys: behavioral dependency.
Miller JM, Sutton D, Pfingst B, Ryan A, Beaton R, Gourevitch G.
要旨を読む限り、学習とも関連が深そう。トレーニングの過程によって聴覚野の聴覚応答が違うことを報告している。

Brain Res. 1976 Nov 19;117(1):51-68.
Evoked unit activity in auditory cortex of monkeys performing a selective attention task.
Hocherman S, Benson DA, Goldstein MH Jr, Heffner HE, Hienz RD.
クロスモーダルな課題を行っている時の神経応答を調べている。聴覚刺激に注意を向けている時でも、活動が減少する聴覚野ニューロンが意外と多いことを報告している点はポイント。

Am J Otolaryngol. 1980 Feb;1(2):119-30.
Electrophysiologic studies of the auditory cortex in the awake monkey.
Miller JM, Dobie RA, Pfingst BE, Hienz RD.
総説。

Nat Neurosci. 2003 Nov;6(11):1216-23. Epub 2003 Oct 28.
Rapid task-related plasticity of spectrotemporal receptive fields in primary auditory cortex.
Fritz J, Shamma S, Elhilali M, Klein D.
注意によって聴覚野ニューロンの受容野特性が変化することをシステマティックに調べた研究。

J Neurosci. 2005 Aug 17;25(33):7623-35.
Differential dynamic plasticity of A1 receptive fields during multiple spectral tasks.
Fritz JB, Elhilali M, Shamma SA.
上の研究の続報。

Hear Res. 2005 Aug;206(1-2):159-76.
Active listening: task-dependent plasticity of spectrotemporal receptive fields in primary auditory cortex.
Fritz J, Elhilali M, Shamma S.
その時点までの彼らの研究をまとめた総説。

J Neurosci. 2005 Jul 20;25(29):6797-806.
Nonauditory events of a behavioral procedure activate auditory cortex of highly trained monkeys.
Brosch M, Selezneva E, Scheich H.
課題をトレーニングしたサルの聴覚野で体性感覚・視覚刺激で応答するニューロンがいることを報告している。注意研究の文脈として解釈すべきかやや不明。クロスモーダルな相互作用という文脈では少なくとも重要。

Cereb Cortex. 2005 Oct;15(10):1609-20. Epub 2005 Feb 16.
Attention to simultaneous unrelated auditory and visual events: behavioral and neural correlates.
Johnson JA, Zatorre RJ.
クロスモーダルな課題で注意に依存してBOLD信号が変化することを示した論文。ヒトのイメージング関連についてはFritzらの総説を。（＊ヒトでの注意研究の最新情報はvikingさんのブログで常にアップデートされてますね）

という感じで、このセクションは、イントラモーダル、クロスモーダルな注意、さらには注意と学習どちらの効果かグレーな論文が入り乱れという感はぬぐえず。注意の定量の問題とも関連するか。個人的には脳活動ベースで定義なり定量していく方向に興味あり。

---
関連書籍
The Auditory Cortex: A Synthesis Of Human And Animal Research

３年に一度開催される聴覚野のミーティング。この本は第一回２００３年のミーティングをまとめた超マニアックな本。ただ、注意はほとんど扱われていないか。。。グーグルさんがかなりのページを公開してくれてます。

今年、３回目のミーティングが今年あって、ケン・ハリスさんも演者として招待されているようだ。有名どころはほとんど呼ばれているのではないかという気がする。（一方で、最近ミーティングの存在を知って、一般演題登録にすら間に合わなかった私。。。）

音節構造を柔軟に区別するバイリンガル幼児

2009-08-01T11:39:00.003-04:00

子供の中にはいわゆるバイリンガルの環境で育って、二言語を同時に獲得していく子もいる。二言語を同時に獲得するというマルチタスクを柔軟にこなしているとも言える。
（＊このエントリーでの「バイリンガル環境」とは、親もバイリンガルで、子供は誕生直後から親を通して二言語に触れている環境、のことなので、一般的に使われる「バイリンガル環境」より定義は狭いのでご注意を。）

では、そういうバイリンガル環境で育った子は、モノリンガル環境で育った子と比べ何がどう違うか？

約12ヶ月齢の幼児を対象にした研究によると、バイリンガル環境で育った子は、モノリンガル環境で育った子よりも、音節の構造をより柔軟に区別できることがわかった。バイリンガル環境で育つ子が二言語を効率良く獲得できることと、今回わかった違いは何か関係があるのかもしれない。

新着のサイエンスで報告されている。

---
ここでいう「音節の構造」とは、例えば、「か」と「さ」という二つの音節を使って、それを「か・さ・か（ABA）」や「か・か・さ（AAB）」と組み合わせて作った音声のことをいう。（実際にはlo-lo-vuやlo-vu-loという音声をこの研究では使っている）

研究はイタリアで行われ、バイリンガルの幼児とは、母親もバイリンガルで生後から二言語の環境で育っている幼児のこと。

研究ではまず、幼児をスクリーンの前に座らせる（おそらく母親がスクリーンの前に座って幼児を抱える）。

そして、AABタイプの音声が流れたらスクリーンの左にオモチャの写真を、ABAタイプだったら右にオモチャを見せる。すると、幼児はオモチャにつられて視線がオモチャの方向に動く。AABなら左、ABAなら右、と。

この課題をしばらく繰り返す。

次に、音節構造はAABかABAの二種類で同じだけど、各音節として新しい音節を試す。さらに、音声の後に見せていたオモチャも出さないようにする。けど、幼児は条件反射的に右か左に視線を動かす。その視線の動きと聞かせた音声との関係を調べてみた。

つまりは、幼児がABA、AABという音節構造を区別し、
AAB－左、ABA－右
というルールを学習しているか確認してみたわけである。

すると、バイリンガル環境で育った子は、AABなら左、ABAなら右に視線を動かす傾向があった。一方、モノリンガル環境で育った子は、AABなら左に動かす傾向があったけど、ABAでのパフォーマンスが悪かった。

これだけだと、バイリンガルの子は、音節構造の区別そのものが良くできるのか、それとも、違う音と左右という空間を結びつけるのがうまいのか、少し曖昧。

そこで研究では、音声の高低も変えて、モノリンガルの子が違う音と左右の空間をしっかり結び付けられるか確認した。すると、この場合、モノリンガルの子はしっかり学習できた。

ということで、バイリンガル環境で育った12ヶ月齢の子は、音声構造の区別そのものがうまい、別の表現をすると、規則的な構造を持つ複数の対象物をより柔軟に学習できそう、ということがわかってきた。

この能力が、二言語に触れている環境でも、各言語を効率良く学習していくのに役立ち、結果的には、モノリンガルの子と近いペースで言語を獲得していくことにつながっているのかもしれない。

---
参考情報

Science. 2009 Jul 31;325(5940):611-2. Epub 2009 Jul 9.
Flexible learning of multiple speech structures in bilingual infants.
Kovács AM, Mehler J.
今回紹介した論文。著者のMehlerという人はこの分野のキーパーソンか。

このグループは他にも以下の研究を立て続けに報告している：

Proc Natl Acad Sci U S A. 2008 Sep 16;105(37):14222-7. Epub 2008 Sep 3.
The neonate brain detects speech structure.
Gervain J, Macagno F, Cogoi S, Peña M, Mehler J.
この研究では、新生児にAAB、ABC、ABAという音節構造を持つ音声を聞かせ、脳活動を近赤外線分光法（NIRS）で計測している（生まれて数日以内に調べていて、バイリンガル、モノリンガルは区別していない）。すると、AABに対する応答はABCやABAより大きく、脳活動のレベルでAABという繰り返しが続く音節構造を新生児の段階ですでに区別できることがわかった。

これはもしかすると、これはモノリンガルの子がABAの学習が良くなかったことと関係しているかもしれない。

Proc Natl Acad Sci U S A. 2009 Apr 21;106(16):6556-60. Epub 2009 Apr 13.
Cognitive gains in 7-month-old bilingual infants.
Kovács AM, Mehler J.
こちらは７ヶ月齢のバイリンガルとモノリンガルの、いわゆるcognitive controlの能力を調べていて、バイリンガルの子達がモノリンガルの子達よりよくできる、というデータを出してきている。

こういうのを見て思うに、親という社会的にも生物学的に重要な存在から発せられる信号を、かなり早い時期から脳で詳しく分析していて（それは当然か）、バイリンガル環境の場合、その信号が時と場合によって全然違うから、こういう柔軟性なり、音声認識の能力が研ぎ澄まされていくのかもしれない。もちろん、この時点での能力の差を長い人生で如何にのばしていくかは、その後の環境などに大きく依存するのだろうけど。。。

それにしても、こういう研究はヒトを対象にしているだけに、いろんな意味でインパクトがありそう。（誤った方向にも行きやすいとも言えるか。。。）

ついでに、
Trends Cogn Sci. 2008 Apr;12(4):144-51. Epub 2008 Mar 17.
Bilingualism in infancy: first steps in perception and comprehension.
Werker JF, Byers-Heinlein K.
今回紹介した論文でも引用されていた総説。この分野に興味がある場合、必読か？
「バイリンガル幼児（bilingual infants）」は、生後からバイリンガル環境で育った2歳までの子供、とある。

とすると、Mehlerさんたちは同じ家族を追跡調査しているのだろうから、これから報告されるであろう研究も、この分野に大きく貢献しそう。

---
最後に関連（するかもしれない）図書も調べてみた。

The Bilingual Child: Early Development and Language Contactという本は上の総説でも引用されていて、アカデミックなテイストで、ホントに関連しそうな図書。

以下の本は、二言語環境で育っている子を持つ親としてちょっと惹かれた二冊。
（科学者の端くれだという立場は忘れてますのでご注意を。。。）

バイリンガル教育の方法―12歳までに親と教師ができることという本はレビューも良い感じで、サンプルを見た限り、「バイリンガル」の定義からはじめられていたりと、非常にアカデミックなテイスト。

Raising a Bilingual Childという本はサンプルだけ読みました。どれくらい認められた学者さんが書いているのか評価できないけど、バイリンガル大賛成派のハウツー本、という感じで一般向けに非常にわかりやすく書かれている。

一方で、実体験として、間接的に聞く話として、バイリンガル環境で育つ子供の難しさもなくはないので、後者の本は、超楽観過ぎ、バイアスがかかっている、と思っても方が良いかも。。。（あくまで冒頭部分を読んだ限り、バイアスをやや感じた。サンプルの以下でメリット・デメリットがバランス良く書かれているなら、問題ナシ）

スケール・フリー・ネットワーク報告から10年

2009-07-25T11:32:00.004-04:00

ネットワークの中で、各ノードの持つエッジ数の確率分布がべき乗則に従うスケールフリーネットワーク(scale-free network)。

スケールフリーネットワークに関するBarabasiたちの論文が報告されて10年。
その論文では、異なると思われていたネットワークたちは、実はこのスケールフリーという共通性を持つことがわかり、このスケールフリーネットワークがどのように出来上がるかそのモデルも示された。

そんな論文の発表10年を記念（？）して、サイエンスでは特集が組まれている。

特集の概略に続いて、Barabasi自身が記事を寄せている。
非常に読みやすい記事で、スケールフリーネットワークの論文がどのような文脈で発表されたか、その後の発展、そして将来展望がまとめられている。

トポロジーだけでなく、やはりシステムとしての振る舞いが重要問題ということで、後半はそれについて触れられている。彼自身は、分野を超えた法則性があるのではないか、と信じているようだ。

そして、そのようなブレークスルーが次の10年くらいで訪れるか？ということに関しては、「おそらく（perhaps）」と見ていて、彼自身が最近取り組んでいる分野でそのブレークスルーが起こると思っているようだ。

いろんな流行的なことが起こったけども、ますますはっきりしてきたことは：

Interconnectivity is so fundamental to the behavior of complex systems that networks are here to stay.

と最後に結んでいる。

---
つぶやき

途中、コネクトームという言葉が出てきたりはしているが、神経科学は何となく蚊帳の外という印象を受けた。。。（Bullmore とSpornsの総説の紹介はあるが）

そもそもデータを集めるという部分が他の分野に比べて大きな（狭い？）ボトルネックになってるのではないか。

将来、「脳も他の分野で10年前にわかったことと同じでした」というのはなんか癪に障るから別の問題で勝負（？）しないといけないのかも。。。といって、interconnectivityを調べないと先に進める気はしないわけで。。。研究ツールもあって、多くの優秀な人たちが取り組んできたのに、ネットワーク、という点では現状がこれということは、それだけ脳はひどく複雑ということなのか。。。

それだけ、やりがいのある分野でもある、ということで。

---
参考情報

Science. 2009 Jul 24;325(5939):412-413.
Scale-Free Networks: A Decade and Beyond.
Barabási AL.
今回紹介した記事。

＜関連書籍＞
Barabasiが書いた啓蒙書
新ネットワーク思考―世界のしくみを読み解く
最新の研究をフォローするにはもはや古典になっているかもしれませんが、すばらしく良い本です。彼らがどういう経緯で10年前のサイエンス論文の発表に至ったかなども物語風に書かれていて、自然科学の読み物としても逸品。

Dynamical Processes on Complex Networks
バラバシではないですが、今回の特集から存在を知って、早速アマゾンで注文（なので激しく未読）。いくつかの特集記事で引用されているので、プロが推薦する本だと思われます。

＜今回の特集＞
ちなみに、今回の特集のButtsという人の記事では、ネットワーク解析での心構えとして、ネットワークとは、ノードとは、エッジとは、時間スケールは、という問題について例を挙げながら導入的なことを説明している。

神経生理学で考えると、解剖学のデータがないとエッジの定義がどうしても難しくなり、ボトルネックとなっている。その意味でもコネクトームは大事なステップだと思われるが、その後、コネクトームとネットワークの振舞いを結びつけるのにも、実際上たくさん壁がありそう。。。

---
導入部分しか読んでませんが、Schweitzerという人たちは、いわばネットワーク経済学（そういう分野があるか知りませんが）について書いていて面白そう。

Vespignaiという人の記事は、上述したBarabasiたちが希望を見出している分野に関する記事。読みましたが、わかりやすく書かれていて、この分野の最新論文・トピックの情報源としては良いと思われる。

という感じで、この10年間でこの研究分野だけでない他の発展・発達・危機なども絡まって、とんでもなく広い分野になっている模様。

update:
この記事では、ネットワークというよりもっと広く複雑系研究に関する記事で、経済、渋滞、伝染などよりリアルワールドと直結する研究分野について紹介されていて面白い。この記事のライターへのインタビューがpodcastとしてあり。

逆引き統計学

2009-07-11T07:14:00.003-04:00

「逆」引き統計学―実践統計テスト100
Gopal K. Kanji (原著), 池谷裕二 (翻訳), 久我奈穂子 (翻訳), 田栗正章 (翻訳)

この本は、100 Statistical Testsという１００の統計検定法が収められた、とてもとても実践的な本の訳本である。

訳者の一人である池谷さんは訳者序文でこう書かれている：

「一般に、統計の本は難解な専門書か、あるいは逆に、初心者向けの教科書がほとんどで、大多数の人が期待するような実践的で“使える”解説書はほぼ皆無でした。」

「この本は教科書ではありません。専門書でもありません。」

「実践現場で統計学検定が必要になってから、それに相応しいテスト法を探すという、いわゆる「逆引き」としての活用法が、本書の最大の特徴です。」

例えば、
１．統計の基礎知識をある程度身につけてはいる。
２．普段、統計テストを行うことがある。
３．手持ちのデータでどの統計テストを行うべきかわからないことがある。
そういう人にはピッタリの本である。

また、
１．初心者向けの教科書すらまともに読んだことない。
２．いまさら、読んでる暇もない。
３．とにかく今あるデータから統計的な結論を引き出せ、と上司にプレッシャーをかけられている。
そういう人にもお薦めできるかもしれない（危険だが）。
なぜなら、この本の冒頭にある訳者序文と「統計的検定について」という導入部分をしっかり理解した上で、１００のテストから適切な統計テストを探しだし、それを行えば良いから。

--
この本ではまず、「統計的検定について」で統計テストの心得が説明され、「検定の分類」というすばらしい表が用意されている。

そのテーブルでは、いわば統計テスト早見表である。

手持ちのデータの性質と、テストしたい統計量をもとに、どの統計テストが候補になるか探し当てられる。（「手持ちのデータの性質」とは、正規分布に従うのか、標本はいくつかといったこと、「テストしたい統計量」とは、例えば平均値や分散などのことである。）

それ以降のページは、ひたすら１００の統計テストが紹介されている。こんな方法もあるのか、と驚くくらいたくさんある。一生使わんぞ、というテストまで網羅されている。

各統計テストの説明では、テストの目的、制約、方法、そして用例と、非常にわかりやすい構成になっている。

---
この本は全て読む必要はない。本棚か手元に置いておくだけで良い。

早見表の使い方さえ理解すれば、必要な時に本棚から取り出し、早見表で必要な統計テストを探し当て、テストの性質・方法を学び、必要によってはgoogleかbingか両方にセカンドオピニオンを聞いて、統計テストを行えば良い。

とにかく、これ以上実践的な参考書はない。

---
コンピューターの性能が向上して、新しい統計テストもよく使われるようになってきた。この本ではそのような新しい統計テストまでは網羅されていない。例えば、ブートストラップ、クロス・ヴァリデーションといったリサンプリングの統計技法を、ここでは意識して言っている。

しかし、この本に網羅されている統計テストで事足りることが実際の現場では多いわけで、この本はこれからも有用であるのは間違いないだろう。

訳は久我奈穂子さんが担当されたそうで、これだけの質と量の仕事をこなされたのはただただ驚きで、さらに修士課程の学生さんというのだから、世の中には池谷さん以外にもすごい人がたくさんいてるわけである。。。

ちなみに、僕はボスに教えてもらって100 statistical testsを数年前に買った。つまりは、物理系出身の人も推薦する本でもある。

---
参考情報

池谷さんのホームページにさらに詳しい紹介があります。

ミュージカル・マインド

2009-07-01T18:25:00.002-04:00

火曜日の夜、Musical Mindsというテレビ番組がPBSというチャンネルで放映された。

オリバーサックスが少し前に出版したMusicophiliaをモチーフにした番組。生きていく上で、音楽と脳がとても特別な関係になっている４人のエピソードを紹介する内容。

---
一人目は、盲目でサバンの青年。ピアノの演奏に天才的な才能を発揮している。

二人目は、トゥレットシンドローム（Tourette syndrome）に苦しむ青年。不随意的におこる運動のおかげで、コミュニケーションも途切れ途切れになるけど、その人はドラムを演奏しだすとその不随意運動を抑えられる。

三人目は、いわゆるアミュージア（amusia）で音楽の知覚に障害のある女性。

そして四人目は、落雷によって音楽の才能が突然目覚めた中年男性。

各エピソードの途中、オリバーサックス自身のエピソードを交えたインタビューや、彼が音楽を聴いた時の脳活動（fMRI画像）の話なども盛り込まれた１時間の番組だった。
（＊オリバーサックスがベートーベンとバッハを聴いている時の脳活動の話もあって、それはちょっと胡散臭かったけど。。。）

---
紹介された４人のエピソード、どれも興味深かった。

観た後の感想・疑問を少し：

まず一人目のエピソードでは、視覚野が他の感覚刺激でも強く応答するようになる、という説明はよくある説明としては良いとして、驚異的なワーキングメモリーやジャズ演奏に必要なアドリブ力との関係はもう一つスッキリしない。そもそもどう音楽やピアノの鍵盤を感じているのか、その本人以外誰も知りようがないようにも思えた。

二人目のエピソードは、正常な運動制御を考える上で、非常に重要な洞察を提供しているようにも思えた。途中出たAwakenings（レナードの朝）のエピソードとも少し関連付けるような番組構成だったと記憶しているが、非常に興味深かった。

三人目のエピソードは、やはりメカニズムというか、何が機能しないと音楽の知覚ができないのか（普通の会話は正常なのに）、音楽という入力をどう処理しているのか、素朴な疑問として抱いた。FOXP2みたいな遺伝子がアミュージアの原因の一部を説明したりするのだろうか？

四人目のエピソードは、オリバーサックスも言っていたように、わけがわからん。。。
落雷によって脳がしばらく異常なくらい過活動か何かおこって、新しい回路がたくさんできて（もしくはなくなって）、文字通り眠っていた「脳力」が明示的になったのか。それとも。。。
最近注目を浴びている脳刺激で可塑性を起こすような話ともリンクするような気もした。

とにかく、オリバーサックスのMusicophiliaを買いたいと思わせるには十分すぎるくらい興味深い番組でした。

---
関連情報

ニューヨークタイムズでの番組プレビュー
The Frontal Cortexでのプレビュー記事

BMI研究から学ぶ神経情報処理の８つの原則！？

2009-06-20T11:14:00.004-04:00

Nicolelisが過去10年間のブレーンマシーンインターフェース（BMI）研究から学んだ神経集団による情報処理の原則をまとめている。

その原則として以下の８つを挙げている（＊日本語訳は私が勝手に考えたものです）：
１．分散表現則（distributed coding）・・・一つの情報があちこち分散的に表現されていること。

２．単一細胞不十分則（single-neuron insufficiency）・・・1個のニューロンの活動は不安定過ぎて一つの処理をするには不十分なこと。

３．マルチタスク則（multitasking）・・・1個のニューロンで複数パラメータを同時に表現していること。

４．集団効果則（mass effect principle）・・・ある程度の数がないとそれなりの効果は期待できない一方、その閾値を超えると数が増える効果は低減すること。

５．変性則（degeneracy principle）・・・同じ情報処理をできる集団はいろんなところにいること。冗長な情報表現と等価。

６．可塑性則（plasticity）・・・神経集団の活動が可塑的に変化すること。

７．活動保存則（conservation of firing）・・・活動が可塑的に変化しても、集団全体の活動は一定に保たれる傾向があること。

８．文脈依存性則（context principle）・・・動物の置かれた環境・文脈によって神経活動が変化すること。

各トピックについて、主に自身たちの研究を例に挙げながらまとめている。一部、現在進行中の未発表プロジェクトの話も出ていたりと面白い。

---
ボヤキ

非常に冗長な原則たちな気がした。。。
（「冗長さ」を強調する原則が多いから？？）

BMIのような大げさなことをやって学べたのはこれか？と批判されると、返答に困るのではないか、という気もする。。。

「シリコンプローブ派」や他の「マルチ派」はこの総説を読むと怒る、たぶん。。。

それはともかく、
個人的な意見として、BMIはともかく、神経集団の活動を同時計測して脳を知ろうとする場合、少なくとも回路のことをしっかり考えないと何十年続けても、技術的な進展はあっても、またセクシーな論文を発表できても、「原則」についての進歩はないのでは？という気がする。

Nicolelisたちの研究のフォローアップとしては良い総説だけれども、情報処理のことを考えていく上では・・・という総説だった。（たぶん、たくさんやっきた自身の研究を総説としてまとめるための策として、８つの原則を打ち立ててやれ、といわゆる「スピン」を考えたのだろう。。。そのスピンがうまく機能したかどうか。。。）

ちと辛口。
Nicolelisは非常にリスペクトしてますが。。。

---
参考情報

Nature Reviews Neuroscience 10, 530-540 (July 2009) | doi:10.1038/nrn2653
Principles of neural ensemble physiology underlying the operation of brain–machine interfaces
Miguel A. L. Nicolelis & Mikhail A. Lebede
今回扱った総説。
plasticityのところはしっかりフォローしてなかったので面白かったです。

＜関連書籍＞
ブレイン‐マシン・インタフェース最前線―脳と機械をむすぶ革新技術
日本語で読める最前線の日本人研究者たちがまとめたBMIの教科書。全部読みましたが、BMI研究の過去と現状を学ぶのに最適で非常に読みやすい一冊です。Nicolelisが如何にしてBMI研究の第一人者になったか、その具体的な研究も紹介されています。

関係ないといえばないですが、ついでに、、
Deep Brain Stimulation – A New Treatment Shows Promise in the Most Difficult Cases
2ヶ月ほど前に読んだ本で、深部脳刺激（DBS）の歴史と現状が非常にわかりやすくまとめられていて、英語でも一気に読めました。超お薦めです。ちなみにどういう内容かというと、パーキンソン病の治療として応用された歴史から、意識障害も含めた他の病気への応用の現状が非常に簡潔にまとめられてます。

自由意志を自由に感じる

2009-06-20T06:48:00.003-04:00

2回目となるWorld Science Festivalが先週開催されていて、自由意志関連のイベントがあったので参加してみた。

ノーベル賞受賞者のPaul Nurseがモデレーターとなり、神経科学からはPatrick Haggard、哲学からAlfred Mele、心理学からDaniel Wegnerが招待されていた。

Paul Nurseさんが話題を振って、3人の思いをそれぞれ語っては議論してもらうという進行形式。

自由意志とは何？

という質問からスタートし（個々人の回答はこちらに詳しい）、途中、リベット実験や最近のScience論文の話をHaggardさんが非常にわかりやすく説明してくれたり、モラルの問題、病気との関係、そしてオーディエンスからの質問、と幅広い問題を議論してくれた。

最後に、「自由意志」のこれからの課題として、3人が非常に良い具合にまとめて終わった。（おそらく相当に準備されたイベントだったのだろう。）

コンセンサスとして、自由意志があるかないかという議論よりは、自由意志という感覚・フィーリングがあるのは良いとして、その先をどう生物学的な視点から考えていくか、という方向性はしっかり伝わってきて、良いブレーンストーミングになった。

Haggardさんをはじめて見たのだけれども、難しいことをわかりやすく伝えてくれ、非常にすばらしかった。一般向けのイベントだったけど、少なくとも僕には刺激的だったし、この問題を普段から考えているようなプロの方にとっても良いイベントだったのではないかという気はした。

---
関連情報
＜最近の自由意志関連の論文・記事＞
＊ほとんど読んでいないので、紹介だけ。。。

Science. 2009 May 8;324(5928):811-3.
Movement intention after parietal cortex stimulation in humans.
Desmurget M, Reilly KT, Richard N, Szathmari A, Mottolese C, Sirigu A.

頭頂連合野（後方）周辺を刺激すると意図（intention）が、運動前野（premotor cortex）周辺を刺激すると運動は生じるけど意図は生まれない、というすごい結果を報告している。

Science. 2009 May 8;324(5928):731-3.
Neuroscience. The sources of human volition.
Haggard P.
Haggardさんによる上の論文の解説。

Nat Rev Neurosci. 2008 Dec;9(12):934-46.
Human volition: towards a neuroscience of will.
Haggard P.
Haggardさんの総説。

Nature. 2009 May 14;459(7244):164-5.
Is free will an illusion?
Heisenberg M.
最近ネイチャーに掲載されたエッセーで、神経活動の決定論的な側面と確率的な側面も議論しながら行動は自発的に生まれるんだと、自由意志はイリュージョンではないと主張していると理解した。ちなみに著者は、不確定性原理で有名なハイゼンブルグの息子さんで、ハエの研究でも有名な人。ちなみにこのエッセーは読んだけど、もう一つ心には響かなかった記憶がある。。。少なくとも、今回参加したイベントでは、もう少し先の議論をしていたように思う。

Curr Biol. 2008 Jul 22;18(14):R584-5.
Free will.
Montague PR.
ついでに。自由意志を現在の神経科学、特に意思決定の分野の言葉を使って解説しているといったら良いか。結局は自由意志の議論は意思決定の研究分野と大いに重複するということなのだろう。（いわずもがな？）

New York TimesのコラムニストTierney氏も今回のイベントについて記事を書いていて、参加者3人の自由意志の定義なども紹介されている。

＜過去の関連エントリー＞
リベットと自由意志と2007年と
人はホントに自由か？～自由意志の問題～

＜関連本＞
＊こちらも紹介だけ、、、

マインド・タイム脳と意識の時間
下條先生が翻訳されたリベットの本。

Alfred Meleの本
Free Will and Luck
Effective Intentions: The Power of Conscious Will

Daniel Wegnerの本
Illusion of Conscious Will

あとはデネットの本も。
自由は進化する

ニューロンたちが使う「限られたボキャブラリー」

2009-06-06T06:58:00.004-04:00

脳では、多様なニューロンたちがネットワークとして働いている。そんなネットワークでは、どんな活動パターン、「ボキャブラリー」、が使われているか？

最近Neuronに報告された研究によると、音刺激によって聴覚野で生じる活動パターンは、音入力がなく自発的に活動が生じている時のパターンと似ていて、感覚刺激は「自発活動ボキャブラリー集」の中から表現されていそうだとわかった。

ラトガーズ大のLuczakたちが報告している。（って、うちのラボの論文です、、、）

---
研究では、ラット聴覚野（または体性感覚野）から５０個前後のニューロン活動を同時に計測し、感覚応答と「自発活動」を神経集団レベルで詳しく調べている。神経活動の時間的なパターンと、各ニューロンが何回活動したかという「発火頻度」、その両方の観点から調べている。

ちなみに、自発活動として、麻酔下、睡眠中、そして休憩中に生じる「up状態」といわれるイベントに注目。

何がわかったかというと、感覚応答と自発活動は似ているだけでなく、そもそも自発活動は感覚応答の範囲を既定していること、そして自発活動の活動パターンそのものも可能な範囲のうちごく限られた組み合わせしか生じていない、ということがわかった。

別の言い方をすると、

個々の神経活動だけを見て予想される「活動パターンの可能な組み合わせ」があったとする。けれども、自発活動はその可能な範囲のごく一部のパターンしか生じていない。さらに、感覚入力によって生じた活動パターンは、その自発活動のさらに狭い範囲でしか起こっていない、ということがわかった。

さらに別の言い方をすると、、、（しつこいですが）

今５つの文字から成る文字列を考える。それぞれの文字には２７種類のアルファベットを使える。なので、組み合わせは膨大。けど、実際の自然言語では、例えばAAAABといった単語はない。限られた範囲の組み合わせでしか使われていない。

今回の研究から、神経集団の活動パターンという点で見ても、それとアナロジーが成り立ちそうだとわかった。
さらに例えるなら、自発活動はいわば辞書みたいなもので、感覚応答は言ってみれば、その辞書の中のあるカテゴリーの単語で表現されている、そんな感じ。（ちと言い過ぎか？）

---
個人的なコメント

はじめて原稿を投稿してから発表に至るまでえらく苦労してましたが、それでもNeuronという一流の雑誌に載せれたのはホントすばらしい。筆頭著者のアーターは現在カナダでMcNaughton率いる研究所で独立中。

アーターは解析に関してすばらしい才能の持ち主なので、それがいかんなく発揮されている良い論文だと思います。

従来の単一細胞記録の発想でいうと、刺激呈示で生じる活動は刺激呈示前のそれとは明らかに違うはず。

しかし、そこでは刺激呈示前にも生じていた活動を「ノイズ」として扱って、同一試行を何回も繰り返して、平均化という処理を経て「ノイズ」をキャンセルアウトしている。もしかしたら、その解析過程の結果からくる印象でしかないかもしれない。

そうではなく、刺激呈示とは関係ないタイミングで生じた活動を単一試行単位で積極的に扱って、さらに神経集団レベルで見てみると、もしかしたら、刺激呈示中の活動と自発的なイベントは区別つかないかも？と思えれば、この論文と近い見方になるのではないかという気がする。

論文で主張していることは、いわゆるprovocativeな感じがするけれど（例えば、今回使っていない感覚刺激を使って自発活動の範疇を超える活動が得られてしまったらたちまち主張が、、、それ以前に、他の観点から今回のデータを解析し直したら主張の変更を迫られる可能性だってあるやもしれない。一応フェアに書いときます）、実際の脳でどんなことが起こっているか？をさらに理解していくための議論として良い問題提起をしているのだと思われる。

Discussionの最後の段落、ケン節ここに極めれり、って感じです。。。

ちなみに、体性感覚野のデータ（図５）は必要か？と思わないでもないけれど、「論文を通すには必要」だったようです。。。（なので、このデータは深く考えないでください）

論文の主張を理解するための肝となる図は、図３、６、７か。
マニアックな人には図７は重要。
主張は、図８Fのマンガ。

---
文献

Neuron. 2009 May 14;62(3):413-25.
Spontaneous events outline the realm of possible sensory responses in neocortical populations.
Luczak A, Barthó P, Harris KD.
今回紹介した論文。

これに先立って
Proc Natl Acad Sci U S A. 2007 Jan 2;104(1):347-52. Epub 2006 Dec 21.
Sequential structure of neocortical spontaneous activity in vivo.
Luczak A, Barthó P, Marguet SL, Buzsáki G, Harris KD.
という論文も報告しているので、あわせてお読みください。

後者の論文では、自発活動中のシーケンスについて報告していて、今回紹介した論文の前半部分は、そのシーケンスが実は感覚応答でも似ている、という発見をしている。

局所回路の活動を操作してガンマ波を出す

2009-05-09T11:34:00.005-04:00

神経細胞たちはいろんなリズムを刻む。
その中でガンマ波（３０Hz前後から８０Hzまで）は、この２０年くらい多くの神経科学者の注目を集めてきた。

ブザキの教科書「 Rhythms of the Brain」の９章では、騒がれ始めた当時の様子も紹介されていたりと、このリズムのことが詳しく説明されている。

そのリズムは、何かに集中した時に強く出たり、統合失調症の患者さんではこのリズムに異常があることもわかっている。一部の人は「意識」と絡めて議論したりもしている。

さらに、実験や理論的な研究から、そのリズムが発生する仕組みもよくわかってはいた。

しかし、まだ欠けたピースがあって、それをMITのMooreの研究グループがエレガントな実験で埋めた。

大脳新皮質の特定の神経細胞（fast-spiking細胞）の活動を光で操作して、その神経細胞の活動がガンマリズムを生み出すのに十分であることを実験的に証明した。

その論文は、ネイチャーのオンライン版に出ている。

---
もう少し詳しく：

研究では何をやったかというと、まず、チャネルロドプシン２（ChR2）（藻由来の陽イオンチャネルで青色光が当たると開く）を、マウス脳の２種類の神経細胞にそれぞれ発現できるようにしている。

その２種類は、パルブアルブミンを発現する細胞とαCamKIIを発現する細胞。

前者は、fast-spiking（FS）細胞と呼ばれるGABAを伝達物質として放出する抑制性ニューロンの一種。
後者は、興奮性の細胞である錐体細胞（一部？）。

つまりはFS細胞か錐体細胞の活動を青色の光で操れるようにする。

光をあてるとChR2によって神経細胞の活動がコントロールできることを生きた（麻酔した）脳で示した後に、今回のポイントとなる実験をしている。

そこでは、青色フラッシュを８－２００Hzの周期で脳に当てた時に、回路全体がどのような周期で活動するか調べた。すると、FS細胞でChR2が発現している時はガンマリズムの帯域で、錐体細胞でChR2が発現している時は低周波で、それぞれ最もよく回路が応答することがわかった。

つまり、ガンマリズムという点に注目すると、FS細胞の活動を４０Hzくらいで駆動させてやると、回路としてもその４０Hzで振動するようになる、ということ。

つまりは、FS細胞の活動はガンマリズムの生成に十分、ということ。

さらにMooreたちは、感覚刺激の処理とガンマリズムとの関係を調べていて、ガンマリズムの一サイクルのうち、ちょうど真ん中のフェーズでネズミのヒゲを刺激すると、ヒゲの感覚情報を処理する「バレル皮質」の神経細胞の活動精度が上がり、リズムの異なるフェーズによって、感覚情報の処理が変わりそうだということを示した。

最後の実験はともかく、この論文は、ガンマリズムの生成にはFS細胞の活動で十分、という理論からの予測をオプトジェネティックスという最新の実験方法を応用して証明した。

---
個人的な感想

この話、cosyneで直接Mooreさんにポスターを説明してもらった。
その場で、一緒に聞いていた人が、
もう論文は投稿した？
と聞いて、
うん。
とMooreさんが答え
どこに？
とその質問者が聞いたら
そりゃ言えん。けど、最終段階。
と言っていた。

まさかネイチャー、しかもアーティクルとは、、、。

論文はめちゃくちゃわかりやすく書かれていて、実験・解析も非常に直感的で、新しい情報も付け足して、オプトジェネティクスというセクシーさ、だからアーティクルなのだろう。

「十分性」ということだけにこだわるなら、脳幹刺激をすれば大脳新皮質でガンマリズムは出せることは５０年くらい前からわかってたわけなので、コンセプチュアルな新しさは、「FS細胞でも十分だよ」ということなのかもしれない。

ちなみに、そのポスターの時に、
浅層しか見てないから、他の層はどうかわからないのでは？
と聞いた。そしたら、
確かに。
とも言っていた。

浅層できれいなガンマが出る（出やすい）のは良いとして、大脳新皮質でこれまで見られてきたナチュラルなガンマが、果たしてホントにこの実験でおきているのかは、まだわからない気もする。

たぶん、彼らは知覚や行動と絡めて行くのだろうけど、結局、回路としてどうなのか、その辺をしっかり押さえるのも、地味かもしれないけど大事な気がする。

それにしても、すごい勢いでオプトジェネティクスのポテンシャルが示されてきてます。。。

---
参考文献＆補足情報

Nature. 2009 Apr 26. [Epub ahead of print]
Driving fast-spiking cells induces gamma rhythm and controls sensory responses.
Cardin JA, Carlén M, Meletis K, Knoblich U, Zhang F, Deisseroth K, Tsai LH, Moore CI.

今回紹介した文献。
NeuroPodもぜひ。

ちなみに、ChR2を神経科学ではじめて応用したDeisserothさん、最近スパークしてます。。。

Nature. 2009 Apr 23;458(7241):1025-9. Epub 2009 Mar 18.
Temporally precise in vivo control of intracellular signalling.
Airan RD, Thompson KR, Fenno LE, Bernstein H, Deisseroth K.

Science. 2009 Apr 17;324(5925):354-9. Epub 2009 Mar 19.
Optical deconstruction of parkinsonian neural circuitry.
Gradinaru V, Mogri M, Thompson KR, Henderson JM, Deisseroth K.

Science. 2009 Apr 23. [Epub ahead of print]
Phasic Firing in Dopaminergic Neurons Is Sufficient for Behavioral Conditioning.
Tsai HC, Zhang F, Adamantidis A, Stuber GD, Bonci A, de Lecea L, Deisseroth K.

Nature. 2009 Apr 26. [Epub ahead of print]
Parvalbumin neurons and gamma rhythms enhance cortical circuit performance.
Sohal VS, Zhang F, Yizhar O, Deisseroth K.

ブログのエントリーのような感覚でネイチャー、サイエンスに論文出せたら、そりゃ、ノーベル賞とるわ、って感じです。。。

負けじとBoydenさんたちも
Neuron. 2009 Apr 30;62(2):191-8.
Millisecond-timescale optical control of neural dynamics in the nonhuman primate brain.
Han X, Qian X, Bernstein JG, Zhou HH, Franzesi GT, Stern P, Bronson RT, Graybiel AM, Desimone R, Boyden ES.

アメリカの東西で競争が激化中。。。

---
ちなみに、これに少し関連して、ニューヨークタイムズの「注意（attention）」に関するすばらしく良い記事が盛り上がっている。最近出た Rapt: Attention and the Focused Lifeという本にオプトジェネティクスのスパイスを絡めながら、注意についての話題を展開している。

この記事のライターのブログの記事。
あのDesimoneさんが読者の質問に答えたりと、プロでも楽しめる感じになってます。

最後に
Optogenetics: Circuits, Genes, and Photons in Biological Systems

９月にMiesenbock自ら教科書を出すようです。

セミナー

2009-05-09T10:05:00.004-04:00

５月１４日から３１日に日本に一時帰国して、セミナーをさせていただくことになりました。

以下、暫定スケジュールです。

５月１８日（月）１０：００～　熊本大学
５月２０日（水）１８：００～　東京大学
５月２１日（木）１３：００～　京都大学
５月２２日（金）１５：００～　基礎生物学研究所
５月２５日（月）１４：００～　理化学研究所BSI
５月２６日（火）１４：００～　東北大学
５月２７日（水）１６：００～　北海道大学
＊大ボケで日付を間違って書いてました。。。

全国ツアー！（やりすぎなのはわかってます。。。）
＊「インフルエンザ規制」のため一部日程が変更されるかもしれませんのでご注意ください。
＊熊大、BSI、東北大では英語でのトークですので、それ以外の日にお越しになられるのを強くお薦めします。。。

ちなみに、内容は先日のCosyneで発表した内容とほぼ同じです。
５０枚前後のスライドを用意してます。

今のところswine fluには感染してないか、少なくとも元気ですので、もし成田で軟禁されずにこの状態で入国できセミナーを無事できたら、その後などに気軽に声をかけてください。

けど、もし握手したら、手をよく洗ってください。。。

update:
京大の日程が変更になりましたので、ご注意ください。
あとは、私が成田で軟禁されたり、規制が全国的に厳しくならない限り、大丈夫だと信じてます。。。ウィルスの「毒性」おそるべし！

アルツハイマー病のTV番組

2009-05-03T15:54:00.005-04:00

アルツハイマー病に関する特集番組が、アメリカですが、来週あるようです。
５月１０日から３夜連続。

以前、中毒症・依存症（addiction）の番組をやったHBOという局で、今回は国立機関であるNational Institute on Agingが番組制作に積極的に関わっている模様。

ということで、科学番組という点でも注目できるのではないかと思われます。
こういう試みはなかなか期待できるかも。

---
参考情報

ニューヨークタイムズの紹介記事

番組あわせて出版される解説本
The Alzheimer's Project: Momentum in Science

Addictionが放映された時に出版された解説本
Addiction: Why Can't They Just Stop?: New Knowledge, New Treatments, New Hope

DVD（注意：米国版のみ）
Addiction

updata:
番組公開前に出たレビュー記事。

The Alzheimer's Project
DVDも7月下旬に出るみたいです（注：米国版）。

神経細胞の形情報を自動抽出して7.5万ドルゲット！

2009-04-17T20:00:00.001-04:00

DIADEM Challengeというコンペが話題になってます。

神経細胞の形は複雑怪奇。

神経細胞の写真を目で見るのは簡単でも、プログラムを組んで、デジタル化されたデータから細胞の形情報を自動抽出するのは大変。

ということで、一番うまくできるソフト・アルゴリズムを考えた人・チームに賞金を出します、というのがこのコンペの主旨らしい。

これから一年かけて予選を行い、来年夏に決勝ラウンドがアメリカJanelia Farm Research Instituteで開催されるとのこと。

参加資格者は、

Researchers working at academic institutions, not-for-profit institutes, and for-profit companies are all eligible to participate. We expect individuals and teams, including teams of highly motivated students, as well as private programmers.

とあるので、
神経科学者じゃなくても、
博士の学位を持ってなくても、
サラリーマンでも、
スーパー小学生でも、
「研究者」と自称でき、英語とルールを理解できる人・チームなら誰でもチャレンジできるのではないかと思います。

＊すみません、こんな手抜きエントリーばかりで、、、

HOPEミーティング

2009-04-17T18:18:00.003-04:00

HOPEミーティングという、ノーベル賞受賞者と時間を過ごせる機会が日本でもあるとのことです。
Lindauのミーティングの日本版に近いのではないかと思います。

以下、HOPEミーティングに関する情報です：

ＨＯＰＥミーティングは、アジア太平洋地域の若手科学者を一同に集めて、数名のノーベル賞科学者を交えた交流の機会を提供するという合宿形式のイベントです。

アジア・太平洋地域から選抜された優秀な大学院生を対象として、科学者としてより広い教養の涵養と人間性の陶冶を図り、将来のアジア太平洋地域の科学研究を担う研究者として飛躍するとともに、同地域の科学技術コミュニティの基礎となる相互のネットワークを構築するような機会を提供することを目的としています。そのため、大会中のプログラムは、ノーベル賞受賞者などの世界の知のフロンティアを開拓した人々との対話、寝食を共にしての参加者同士の交流、さらには人文社会・芸術分野の講演やコンサートといった幅広いものとなっています。

募集期間：2009年4月13日（月）～4月24日（金）
開催日時： 2009年9月27日（日）～10月1日（木）

会場：ザ・プリンス箱根

テーマ： Art in Science

対象分野： 化学及び関連分野（物理学、生物学等）

主催： （独）日本学術振興会

使用言語： 原則として英語

>>参加するには？

意思決定と初期感覚野の活動～NienborgとCummingの論文

2009-04-04T22:13:00.004-04:00

意思決定（知覚的な意思決定）のプロセスの考え方として、次のような考えがある：
感覚刺激から「証拠」を集めて、「意思変量」が閾値を超えたら、意思を決定する。
ここで意思変量とは、例えば、青を選ぶか、赤を選ぶか、そのこころの揺らぎをあらわしているようなもの・変量だと考えたら良いか。

脳との対応で考えると、（刺激から）証拠を集めるのは初期感覚野、意思変量の表現は例えば頭頂連合野、が担当しているという話がある。

これまでの研究では、その初期感覚野の活動がランダムにゆらいだ結果が、意思変量の動きに貢献して、意思を下しているのでは、という説があった。（この初期感覚野の活動のゆらぎが行動と直接因果関係がありそうだともわかっているので「因果モデル」という）

けれども、最近ネイチャーに報告された論文によると、そのノイズ的な活動のゆらぎを採用した因果モデルだけでは説明できない活動が、初期視覚野のV2というところで見つかった。

---
研究ではマカクザル２頭に、視差弁別課題なる課題をトレーニングしている。

その課題は、高速で連続的に変化する視覚刺激に、近く見える刺激が多かったか、遠く見える刺激が多かったか区別する課題。つまり、サルに３D的な視覚刺激を見せて、刺激が基準点よりも近く見えたか、遠く見えたか答えてもらう。

刺激は、基準点から遠い刺激、近い刺激が、次々に高速で変わるから、一連の刺激（２秒間）から判断して、どちらが多かったか答えることになる。

その２秒間の刺激セット５つのうち、一つのセットに、遠い刺激、近い刺激を同数示すようにする。つまり、この刺激セットが出たら、近いか遠いか区別できない。けど、サルは近いか遠いか答える。報酬をもらうために。

今回の研究では、そんなどちらとも答えられない刺激セットを示している時の、２秒間の二次視覚野（V2）のニューロン活動とサルが下した選択との関係を詳しく解析している。

---
テクニカルな説明を端折って説明するのは難しいですが、解析の結果、従来の因果モデルでは説明できない次の３つの発見をした：

１．選択と刺激のシーケンスとの関係の時間経過と、ニューロン活動と選択との関係の時間経過が食い違った。（＊因果モデルからの予想では、両者の時間経過は一致していないといけない）

ここで、「選択」とは遠いか、近いかの行動レベルでの選択結果。「選択と刺激のシーケンスとの関係の時間経過」は、サルがどのタイミングの刺激に基づいて選択していそうかを表している。「ニューロン活動と選択との関係の時間経過」は、ニューロン活動のどのタイミングの活動が選択結果の違いをより区別しているかを表している。

２．選択の種類によってニューロン活動を解析してみたら、ニューロン活動の（視差）選択性に関する「ゲイン」が選択の種類によって違っていた。そして、たくさんのニューロンで傾向を見てみたら、そのゲインの大きさと「選択確率」とが相関していた。しかも、それは因果モデルを過程した時よりも大きい効果が見れた。
（つまりは、因果モデル＋アルファな効果を考えないと説明できないことになる）

ちなみに、ここで選択確率（choice probability）とは、大雑把にいうと、ニューロン活動の大きさからサルの選択結果をどれくらい区別できるか表す指標のこと。

３．報酬量を大きくしたら、成績が良くなったが、選択確率はむしろ減少した。（因果モデルからの予測とは逆だった）

難しい。。。

が、とにかく、従来のモデルでは説明できない神経活動をとらえたことになる。

論文の著者たちは、いわゆるトップダウンの信号が、初期感覚野V2のニューロン活動に影響を及ぼして、従来のモデルでは説明できない現象が現れたのでは？と推測しているようだ。（別の可能性も否定はしていない）

---
個人的な感想

非常に良くデザインされた研究だし、解釈はともかく、データそのものはきれいだと思った。論文の書き方という点でも勉強になる。この研究、注意と意思決定というコンセプトを、神経活動に基づいて議論するきっかけになるのではないかという気がする。

ちなみに、論文のsupplementary informationがなかなか充実していて、一読に値する内容となっている。そこでは、サルの行動ストラテジーに関する考察（ここは特にお薦め）と、神経活動のデータ解釈（トップダウンか否か）の考察があり、最後に神経集団レベルの活動（ノイズ相関）に関して、最近のNewsomeラボの論文について少しだけコメントされていて楽しめた。

個人的に気になった点をいくつか（ここからは大いに誤解している可能性大）：
この論文での主要な解析法（psychophysical kernel、subspace map、choice probabilityの３本柱）、この分野の文脈上採用したのはわかるけど、この分野になじみのない人からしたら、非常にややこしい解析をしていて、理解するのが大変。単一ニューロン活動を扱っているのに、直感が非常に働きにくい。比較的単純なデータを扱っているのだから、もう少しわかりやすい解析法で同様の結論を導けなかったのか、別の視点から考え直す余地もあるかもしれない。

個人的によくわからないのは、行動。
論文中の図２aはポジティブな結果なのか、ネガティブな結果なのか、解釈が分かれる気もした。どういう意図で２秒という刺激呈示時間を設定したのかよくわからないけど、このパラメーターは、この論文のデータを用意するという点では重要だろうけど、実際の意思決定という点で考えた時、このパラメーターは果たしてどうか、非常に気になる。

反応時間課題的に課題を設定しても、確度（accuracy）という点で全く同じ行動パフォーマンスを残すとしたら、刺激後期の活動は何を見ているのかよくわからなくならないか。

少なくとも注意しなければいけないであろうことは、サルは過訓練されている、ということか。論文を２回くらい読んだ浅い理解でこのエントリーを書いている人間とは違うレベルでサルは課題をこなしている（はず）。

おそらく、５つある刺激セットのうち、信号が多いかゼロかの区別は、はじめの数百ミリ秒でできてしまっているのではないか、という気がする。今、それが行動としてあらわれているのがその図２aではないかと解釈してみる。とすると、刺激の弁別そのもの、特定の選択へのコミットメントという点での「より高次」なプロセスは、その初期フェーズで行われてしまっているのではないか、という気もする。

だとすると、そのフェーズ以降で見えた「choice probability」の上昇はいったい何を表しているのか、非常に解釈に困る。もし著者たちが主張する注意によるゲイン上昇なら、図３で、時系列によってそれが変化することも示すべきである（それを示してくれないと彼らの解釈は信用できん）。

図２の結果は、単なる解析上のアーティファクトではないか？という気すらする。彼らは個々の神経活動の変動は大きいと書いているが、決してそのデータは示してはいない。もしかしたら、そこに解析上のアーティファクトかどうか判断する重要な手がかりがあるような気もする。

それから、図４も報酬量の違いによって試行を分けて解析しているが、３回続けて正解したら高報酬試行に突入するデザインになっている。けど、５セットの刺激のうち１つは自信を持って選択できない刺激が入っているわけだから、ここでの「高報酬」という意味はいったいサルにとってどういう意味を持っていたのか、これまた解釈に困る。

一応、行動レベルで、高報酬時はパフォーマンスが良かったらしいから、彼らの解釈はたぶん間違っていないのだろう。けど、この辺は、実際にこの課題をやってみて、研究者ではなく、サルの立場に立ったら、解釈が変わるかもしれない。

また、僕が理解した限り、彼らが解析したニューロンたちは、おそらくそれなりに高頻度で発火するニューロンだけにバイアスがかかっているように思える。とすると、実際の脳で起こっていることと全く違う議論を繰り広げている、という批判をして悪くない。この辺の問題は、データ解析、実験デザインの現実的な壁があるにしろ、できるだけバイアスの低い計測法、解析法で、実際の脳で起こっているであろう事をとらえなおしてみるのも一興のような気もした。

最後に、この論文は、以前pooneilさんがこちらで議論されていたこととも少し関連するように思ったのですけど、どうなんでしょ？今回のpsychophysical kernelの解析をランダム・ドット・モーションの課題に応用してみるとこれまで見過ごされていた事が見えてこないのだろうか。少し気になった。

---
文献
Nature. 2009 Mar 8. [Epub ahead of print]
Decision-related activity in sensory neurons reflects more than a neuron's causal effect.
Nienborg H, Cumming BG.

関連エントリー
GoldとShadlenの総説を読んで

関連書籍
今回のトピックはperceptual decision makingですが、decision makingというトピックで広くとらえるなら、
Neuroeconomics: Decision Making and the Brain

神経経済学を軸に神経科学からとらえた意思決定の研究分野を広く深くおさえるのに超お薦めです。（といっても、全部は読んでませんが。。。例えば、第一章は経済学の基礎知識を身につけるのにも役立ちます。）

How We Decide
教科書ではなく最近出版された一般向けの本。専門家には各章の導入部分が冗長といえば冗長ですが、非常によく書かれている本だと思います。
update: Natureに掲載されていた書評。

ニューロン集団活動と復号化と情報理論～Quian QuirogaとPanzeriの総説

2009-03-14T12:30:00.002-04:00

脳の情報処理を細胞レベルで知りたい場合、従来から行われている方法はこう：

1個のニューロンの電気活動（スパイク）を計測しては、その活動と刺激入力や行動出力との対応を調べる。そして、例えば1年以上かけて、100個分のニューロン活動のデータを集めたら、そのデータを統計解析しては、脳でこんな情報処理をしている、といったことを議論する。

この方法は大成功をおさめて、脳の理解は深まったし、今でも重要な情報を提供し続けている。

一方で、20年くらい前から、次のような方法論も普及してきた：
たくさんのニューロンたちの活動を「同時」に計測して、その集団の活動から脳の情報処理を議論する。（この場合、1日の実験のデータ解析に1年以上かかることもある。。。）

と違う方法論ではあるけれど、きっと多くの人は、
ニューロンは集団として情報を処理している
と考えているはずである。

とすると、研究現場では、集めたニューロンたちの活動データから何とかして情報を抽出しないといけない。（でないと論文が書けない）

そんな情報を抽出する時の方法論をわかりやすくまとめた総説がNature Review Neuroscienceに掲載されている。

（＊と、今回も非常にテクニカルな話題です。。。すみません。。。）

---
著者のQuian QuirogaとPanzeriは、この総説の言葉を借りればneurostatistician（にゅーろすたてぃすてぃしゃん）。

神経統計学者。

非常に頭が良さそうな研究者の響きがする。

限られた量のニューロン活動データから情報を抽出する場合、従来の統計学＋アルファの知識やノウハウが必要とされる。そのために新しい統計学の方法論を開発する必要も時にはあるから、そのような分野を「神経統計学」という耳慣れない言葉で表現するのだろう。

それはともかく、この総説では、ここ数年よく使われるようになってきた、ベイズ的な方法に代表される復号化（decoding）と、（シャノンの）情報理論について、神経統計学的な観点からまとめられている。

それぞれの基本的な発想とお互いの相補性、さらには実際に応用する時の注意点、限界なども説明されている。そして、著者の研究を主に紹介しながら、復号化と情報理論の応用例をまとめている。そして最後に、次元圧縮法や相関活動の扱いという技術的な問題を強調しながら、今後の課題・方向性を議論している。

---
僕は神経統計学者ではないけど、研究分野としては非常に近いし、個人的な感想を書いてみる。

この総説は、神経集団スパイクデータの解析法としての、復号化と情報理論に関する基礎知識と重要文献が非常によくまとめられていて、必読文献だと思う。クロスバリデーションや情報量計算時のバイアスの問題なども言及されていて、実用上気をつけるべき情報も提供されている。

ただ、マルチニューロン活動計測をするかしないかの一つの本質であるノイズ相関のことは比較的軽目に扱われていたのは残念。これに関する重要文献の一部は参考文献として挙げられている。

また、Bialekたちの貢献があまり評価されていなかったように感じたのは気のせいか。ちなみに、Panzeriは情報理論で有名ではあるけど、最近の方法はともかく、一昔前の、しかも多くの人が使ってしまった相互情報量の計算法は、一部のわかっている人には評判は悪い。それがなぜかは、Panzeri自身が書いた総説を見ればよくわかる。

それから、このような総説を読んでいつも思うのは、テクニカルな議論になればなるほど、「脳との乖離」を感じる。

この総説にあるように、
１．計測
２．スパイクソーティング
３．スパイク解析
という３つのステップが研究上のプロセスなわけだけども、３の方法論的なことを深く考え進めると、どうしても１の部分、特に生物学的な視点がおろそかになる気がする。この総説を読みながらもそう感じた。常に、生ものを扱っているという視点を失わないようにしながら研究していかないといけない。（理論ではなく、あくまでデータ解析なんだし）

回路のごくごく一部のエレメントからしかニューロン活動を計測していないわけだから、解析の方法論を開発するのも重要な一方、回路のどのあたりからデータを得ているか、そういうことを考慮にいれながら、データを解釈していく必要もあるように思う。

---
文献
Nat Rev Neurosci. 2009 Mar;10(3):173-85.
Extracting information from neuronal populations: information theory and decoding approaches.
Quian Quiroga R, Panzeri S.

柔軟な脳の柔軟さ

2009-03-07T11:11:00.003-05:00

以下の本のレビューです。

京都大学学術出版会
脳の情報表現を見る
櫻井芳雄
1,890円

---

The problem of understanding behavior is the problem of understanding the total action of the nervous system, and vice versa.
-D.O. Hebb (1949)

脳はどのように働いているか？この謎はまだ解けていない。脳が働くのに大事な神経細胞（ニューロン）は、シナプスを介して複雑な回路を作っている。

とすると、一個一個ニューロンを調べていくのではなく、ニューロンが集団・回路としてどのように働くか調べないと、脳がどのように働くか、そして広い意味での行動を、理解できそうにないのは自明のように思える。

このように考えた時、カナダの心理学者ヘッブが、ちょうど60年前に提唱した「セル・アセンブリ」、そして「フェーズ・シーケンス」というコンセプトは、後世の研究者に大きな影響を与え続けている。

今回紹介する本の著者である櫻井教授の言葉を借りれば、そのセル・アセンブリとは、「同時に活動するニューロン間の機能的シナプス結合が強化されることで作られていく機能的なニューロン集団」（p32）であり、そのセル・アセンブリが特定の情報表現のために次々と形成されていくことをフェーズ・シーケンスと呼ぶ。

このヘッブのコンセプトを支持する実験データは、計測技術の発展に伴い、過去１０～20年くらいでしだいに増えてきたが、日本で早くからこの本質的な問題に、真正面から取り組んできた研究者が著者の櫻井教授である。

---
「協調的かつ柔軟に働く神経集団」に注目した脳研究の現状を知りたい時、この「脳の情報表現を見る」という本は良い本である。櫻井教授自身の過去と現在の研究、そして将来の研究方向、さらには研究フィロソフィーを知るのにも非常に良い。また、脳が如何に柔軟にできているか知る研究例がいくつも紹介されている。

自身も認められているように、一部の章でニューロン活動計測に関する専門的な話が登場する。が、これは裏返せば、実際の研究現場を知れる貴重な本とも言える。また、一貫して簡潔で平易な表現で書かれており、本全体を通して非常に読みやすい。

本ではまず、櫻井教授の研究フィロソフィーが述べられ、導入として上述のセル・アセンブリのことが説明されている。そして、15年以上にも及ぶ自身の研究戦略とその成果が紹介され、この数年間精力的に取り組まれているBMIことブレイン・マシン・インターフェースの研究分野、その過去と未来が簡潔にまとめられている。

そして後半の第６章からは、それまでのトピックからは少し離れ、脳の情報表現とそれを支える神経回路、そしてその柔軟性に関するトピックがわかりやすく紹介されている。

脳は如何に柔軟にできていて、働いているか、それが幅広い観点から議論されている。

特に最終章では、一部の脳機能が一旦損なわれても、年齢を問わずその機能が代償される例が紹介されている。これは、柔軟な脳の基盤とも言える「神経可塑性」の潜在能力を如実に現している例とも言える。

この本の一つのメッセージは、脳は柔軟にできているのだから、その脳を研究する人も頭を柔らかく使え、だと肝に銘じた。

---
上述のように、この本は簡潔にまとめられた良い本である。もちろん、世の中に完璧な本はないので、気がついた問題点をフェアに指摘しておく。

まず、紙面の都合もあるだろうが、欲を言えば、文章の根拠となる参考文献がもう少し充実していればなお良かった。一部、まだ研究者間でコンセンサスが得られていないのに、一つの反例だけから、従来の説があたかも完全に否定されてしまったと誤解される表現もあるように思う。そのような誤解は、根拠となる参考文献をバランス良く充実させることで、少しは回避させられるだろう。

また、記憶の分類について、同じコンセプトを示しているのに、前後の章で異なる呼び方がされていた。これは、一般読者に混乱を招くかもしれない。とはいえ、これらの問題点はマイナーであり、この本の価値が損なわれるものではない。

---
最後に、僕は「あとがき」に強く共感した（もちろん全体的に共感しているわけではあるけれど）。その前半に、一般社会への「脳」の氾濫に対する警鐘が書かれている。おそらく、まじめに取り組んでいる神経科学者だけでなく、この本を読まれるであろう賢明な一般読者の多くも、このあとがきと同じ意見を持たれているのではないだろうか。

これに関わらず、櫻井教授が書かれる批判的な文章のするどさにはいつも勉強させられる。その意味では、自然を学んでいく上で重要な、批判的姿勢を身に付ける上でもこの本は一読の価値がある。

その批判的な姿勢を磨いていくには、柔軟な脳を柔軟に使え、ということなのだろう。

コサイン

2009-03-07T08:37:00.004-05:00

Cosyne 09へ行ってきました。

このミーティングは今回初参加だったので感想などを。

メインミーティングとワークショップに分かれていて、今回は前者だけ参加したので、ワークショップ（露骨にスキーリゾートで開催される）のことはわかりません。

---

そのメインミーティングはソルト・レーク・シティーのダウンタウンで開催され、そのあと、スキーリゾートへ移動し、2日間、ワークショップが開催される。ワークショップもなかなか良いらしい。（昼間スキー用の時間が、これまた露骨に設けられたりするし。。。）

参加する前は計算論的な話が多いのかと思ったら、意外と実験データを見る機会が多かった。いわゆるシステムズ・ニューロサイエンス、といったら良いのか。システムとして実際の脳を研究している話が多かった。実験の方法論は、電気生理はもちろん、fMRI、それからオプトジェネティクスなどなど。

アメリカからの参加者が大半だった印象は受けたけど、日本、ヨーロッパからの参加者もおられた。規模は全体で500人くらいだろうか。ホテルの「大宴会場」に全員入る規模で、みんなで朝から夕方までトークを聞いて、ポスターを夜から深夜まで見る、というスケジュール。なので、すべての発表演題を、みんなでシェアできる。

トークは2時間くらいのセッションに分けられ、まず招待講演者がトークをし、その後、参加者の中から選ばれた人が15分だけトークする。トークの質はなかなかハイレベルだった。ほとんどの人が未公表データを話した。

ポスターは全部で３００演題で、1日１００ずつ発表。
今回は採択率が８０％くらいしかなかったそうで、ポスターも質の高いものが多かった。それだけ密度が濃い。

---

メインミーティングに参加して、SFNのミーティングと強く感じた違いは、同じ人と何度も接触する機会に恵まれること。あらかじめ約束してなくても、知り合いと会えるし、新しい知り合いを増やす機会にも恵まれていた。

SFNはでかすぎて、、、と思っているシステム寄りの研究者にはなかなか良いミーティングだと思った。

ただ、ミーティングの初っ端に、オーガナイザーが、
参加者は年々増加しているけど、採択演題数はこの数年頭打ちにしている
と言っていた。

その結果として、演題採択率は年々減少しているらしい。今後、Cosyneが巨大化していくのか、演題数は保ったまま「質」にこだわるのかは注目。

それから、オーガナイザーが他に言っていたこととして、演題を募集してからミーティングが開催されるまで、数ヶ月の時間差しかない、ということ。SFNの場合、半年くらいの時間差がある。

という感じで、未公表で質の高い情報を効率良く収集するには良いミーティングだと思った。

ちなみに、会場のソルト・レーク・シティは、思ったほど寒くなく（平年より暖かめだったから？）、レストランも会場周辺にいくつかあって、少なくとも数日間の滞在には悪くないところだった。ホテルの値段もSFNのそれに比べたら格安（1泊100ドル強）。

という感じで、できれば（お金と時間があれば）参加し続けたいミーティング。

---
以下、気になった演題とつぶやきを。
（アブストはすでに公開されていて、引用可能な論文冊子として出版されているので、ブログで少し書いても良いはず。。。たぶん。。。）

Internal representations of the olfactory world, Richard Axel
梨状皮質の神経集団活動をtwo photonで見ていた。マップがない知覚はいったいどうなっているんだろう？、と素朴な疑問を持った。

Multiple-electrodes, brain rhythms, and cognition, Earl K. Miller
「スポットライト」のシフトは面白いと思った。またトップジャーナルでお目にかかれそうなデータか。ただ、テクニカルな点として、Millerさんのトークに限らず、LFPで集団活動をある意味ごまかすのはあまり良くないかもな、と今回フラストレーションを覚えた。

State-dependent cortical processing: Cholinergic modulation of visual responses, M Goard, Y Dan
脳状態と視覚情報処理の話で、ネタ的にうちとかなりかぶっておった。。。やはり解析は、ごちゃごちゃワケのわからんことをして自分の頭を混乱させるより、自分の頭に合ったストレートフォワードな方がわかりやすくて良いよな、と痛感。。。（論文になるまでの「工程」を考慮にいれても。。。）

Selevtive in vivo activation of fast- or regular-spiking barrel cortex neurons with channelrhodopsin, J. Cardin, et al.
論文は最終フェーズとのこと。Mooreさん自ら説明してくれたけど、はじめにラボのヴィジョンを話した後にポスターの内容を説明してくれ、感銘を受けた。Moore研はコンスタントに良い論文を出し、テクニカルにも新しいことを次々に取り入れていて、非常に良いラボ。

Bayesian reconstruction of perceptual experiences from human brain activity, J. Gallant, et al.
現在、「ハイブリッドモデル」で視覚イメージの再構築(reconstruction)を試みている模様。単なる復号化というセクシーなところだけでなく、脳の情報処理について学べるデータも出してくれるところは、さすが、と思った。ただ、質疑応答でもあったけど、「再構築」と言われると、何となく違和感を覚えてしまう。あと、ベイズって、ホントに脳で行われていることなのだろうか。もしそうなら、現象を超えたメカニズム的な部分が気になるところではある。それはともかく、ジョークもうけていて、今回の招待講演者の中で最も印象に残ったトークの一つだった。

Synaptic mechanisms of whisker sensory perception, C Petersen, et al.
暴力的なデータのオンパレードでかなりdepress。。。最後に話した未公表データ、部分的にかぶってたし。。。やはり、良い理論ができるまでは、実験家が目指すべき方向は彼のような方向だな、と再認識。理論にしろ実験にしろ、中途半端が一番ダメ。トークもすばらしく良くまとまっていて、ベストトークの一つだった。

---
ちなみに僕はポスター発表。

いろんな人に来ていただき、いくつか良いフィードバックをいただきました。
それにしても英語をもう少し何とかせんといかんなぁと、いつものように痛感。勢いで出てくる英語が、後で考えるとワケのわからない文章（文法）だったりしたケースが多々あった。我慢して聞いてもらっている感じなので、いい加減改善させないとこの業界で生きていけない。。。

---
ちなみに今回、なぜかフェローシップをもらえた（ラッキー！）。旅費サポートとして500ドル。

アメリカのフェローシップというと、何ページもアプリケーションを書いて、、、と大変なイメージがあるけど、今回のフェローシップは、演題登録時にレターを1ページ、オーガナイザーのCarandiniさんへ送っただけ。CVも推薦書も必要なし。

もしラボから複数の人が参加して、自分が発表するなら、応募資格を満たせる。今回、僕はポスターでもオーラルでもどちらもOK、として演題登録した。結果、オーラルにもスポットライトにも選ばれなかったから、必ずしも演題の質の高さは関係ない気がした（もちろん、自分の研究にはプライドを持ってます！、とは言いますが。。。）。

むしろ、申請したモン勝ち的な印象を受けた。（といっても、来年は知らんから、無責任なことは書けんが。。。）

それから、出したレターも、ボスやネイティブスピーカーに添削してもらわなかったから、日本人でも取りやすいフェローシップな気がした。ちなみに、そのレターでは、資金不足の切実さ、自分の研究をミーティングで発表する重要性を「かなり」強くアピールした。できるだけエモーショナルな部分を重視した。。。

とにもかくにも、Cosyneは、こじんまりとしつつも、システム寄りの質の高い話を聞け、友達を作りやすいミーティングでした。でかすぎるミーティングは、、、と思っている人にはぴったりなミーティングの一つな気がします。

愛の神経生物学

2009-02-14T07:52:00.005-05:00

バレンタインデーにちなんだ「愛」あふれる話題、ということで。。。

少し前、Larry Youngがネイチャーにエッセーを書いて、新聞でも話題になった。

著者のLarry Youngは、ハタネズミの一種、プレーリーハタネズミ（prairie vole）の「一夫一妻制」を、遺伝子レベルから研究していることで有名。

そのエッセーでは、「愛」をテーマに、母親と子供、あるいは女性と男性の「愛」に関わる脳内メカニズムを簡単にまとめ、それを応用したドラッグの話へ話題を展開しながら、「愛の神経生物学」の現状と将来を語っている。

---
ここでキーワードになるのはオキシトシン（oxytocin）とヴァソプレッシン（vasopressin）。今回の文脈で言えば、「愛ホルモン」としての顔を持つホルモン、とでも言ったら良いかもしれない。

オキシトシンとヴァソプレッシンは、メスとオスの本能的な社会行動との関連がそれぞれわかってきている。エッセーでは、ハタネズミの研究でわかってきたこと、ヒトとの共通点が簡潔にまとめられている。

例えば、オキシトシンは脳内のドーパミン報酬系回路とも関係があることや、ヴァソプレッシンの受容体AVPR1Aという遺伝子の違い（多型）が、男性の父性本能的な行動（結婚生活も含む！）の違いに結びつきそう、とする最近の研究も紹介されている。

---
エッセーの後半では、オキシトシン関連商品のEnhanced Liquid Trustといったドラッグ（スプレー）の話題にうつり、研究成果と現実社会とのリンク、その将来について語っている。

例えば、そのスプレーの効果は、ユーザーの自信を高揚する以外何もしないだろう、としながらも、オーストラリアではそのオキシトシンスプレーが心理療法の一種、家族（夫婦）療法に効果があるか実際調査中だとも書かれている。

将来、遺伝子診断でパートナー選び、という可能性にも触れ、最後にこう書いている。

recent advances in the biology of pair bonding mean it won’t be long before an unscrupulous suitor could slip a pharmaceutical ‘love potion’ in our drink. And if they did, would we care? After all, love is insanity.

研究成果を利用した悪徳商売が世に出ようが、別にいいではないか。結局、愛は心の病なんだし、とやや挑戦的なコメント（オチ？）で締めくくっている。

---
参考・関連文献

Nature. 2009 Jan 8;457(7226):148.
Being human: love: neuroscience reveals all.
Young LJ.
今回紹介したエッセー。

以下の二つは、Youngたちが書いた総説。
Science. 2008 Nov 7;322(5903):900-4.
Oxytocin, vasopressin, and the neurogenetics of sociality.
Donaldson ZR, Young LJ.

Nat Neurosci. 2004 Oct;7(10):1048-54.
The neurobiology of pair bonding.
Young LJ, Wang Z.

ちなみに、Youngの研究室のホームページがなかなか充実していて、一見の価値ありです。

Advances in Vasopressin and Oxytocin - From Genes to Behaviour to Disease (Progress in Brain Research)
という本はこの分野をフォローするのに良さそうです。

ダーウィン生誕２００年

2009-02-07T08:59:00.004-05:00

Nothing makes sense in biology except in the light of evolution.
-Theodosius Dobzhansky

２月１２日、ダーウィンの生誕２００年。
昨年からネイチャーやサイエンスでも、特集などが組まれ盛り上がっている。
今回は、そのお祭りに便乗ということで、見つかった範囲でリンク集を。

---
ネイチャー

Darwin 200
ニュースや関連論文などが集められたリンク集

Darwin 200: A natural selection
Fifteen evolutionary gems: A resource for those wishing to spread awareness of evolution by natural selection
過去に掲載された重要論文が簡潔にまとめられている。

Darwin’s enduring legacy
自然選択説を筆頭に、ダーウィンが打ち立てた１０のアイデアの歴史が紹介されている。

---
サイエンス

Happy Birthday, Mr. Darwin
新着号の特集。

Darwin’s Originality
ダーウィンが説を打ち立てていった当時の歴史について。

On the Origin of Life on Earth
地球上の生命の起源に関する研究の総説。

Origins
ブログ。

Deciphering the Genetics of Evolution
Modernizing the Modern Synthesis
昨年出ていた関連記事。

---
脳関連の総説

Trends Neurosci. 2008 Dec;31(12):637-44. Epub 2008 Oct 8.
Genetic basis of human brain evolution.
Vallender EJ, Mekel-Bobrov N, Lahn BT.
ヒト脳の進化を遺伝子レベルで調べた研究の現状。

Nat Rev Genet. 2008 Oct;9(10):749-63.
Explaining human uniqueness: genome interactions with environment, behaviour and culture.
Varki A, Geschwind DH, Eichler EE.
ヒトらしさについて、非常に広い視点から議論している。

---
教科書

Evolution
H. Barton, Derek E. G. Briggs, Jonathan A. Eisen, David B. Goldstein, Nipam H. Patel
Cold Spring Harbor Laboratory Press
google book
リンクを張ったページに、どんな教科書か非常に詳しい情報が掲載されている。

---
update(2/14):
ニューヨークタイムズに特集記事が掲載されていて、"On the Origin of Species"の全文PDFがあったりと、超充実してます。

「ノイズ」の中の脳機能

2009-01-31T07:35:00.002-05:00

神経活動を計測する研究の多くでは、実験データとして観察されるのは、基本的には
１．実験者が使った感覚刺激（入力）
２．参加者・動物の行動（出力）
３．脳活動（ニューロン活動）
の３つ。

そのデータを解析して、注意や意思決定や行動プランニングといった、いわゆる「認知機能」を明らかにしていく。

研究上の問題は、その認知機能は直接的には観察されない、こと。
ではどういう研究ストラテジーをとるか？

いろいろ戦略はあるけども、ラット海馬の研究を紹介しながら、その研究ストラテジーをまとめた総説がTrends in Cognitive Sciencesに出ている。Adam JohnsonやDavid Redishたちがまとめている。

以下、この総説で扱われているトピックをまとめる。

---
導入

まず従来の戦略が書かれている。

つまり、感覚刺激や行動出力に直接対応しない神経活動は「ノイズ」と扱う戦略。

典型例としては、同じ感覚刺激を何度も呈示しては１個のニューロンの活動を計測。そして、そのデータを平均化して、計測したニューロンがどんな特徴量を表現しているか解釈する。

そこでは、刺激とあまり関係のないタイミングに、ごくたまにニューロンが激しく活動することには目を瞑って、ノイズとして扱う。平均化によってノイズをキャンセルしてデータを解釈しやすくする。

けれども、直接的には感覚刺激と関連しない認知機能を理解するには、そのやり方だけでは難しいケースもあって、最近の海馬研究を紹介しながらその戦略をまとめよう、という導入となっている。

以下は、大きく２つのパートに分かれていて、前半で過去の実験データのまとめ、後半では抽象度を上げて研究戦略について議論している。

---
過去の実験データのまとめ

まず、海馬ではなく、Georgopoulosたちの先駆的な研究が紹介されている。メンタルローテーションをまるで表現しているかのようなニューロン集団の活動の話。

続いて、海馬の「場所細胞」を紹介。場所細胞とは、ラットならラットが特定の空間上を動きまわっている時、特定の場所に来た時だけに活動する海馬のニューロン、のこと。

その後、その場所細胞に関連した海馬機能の研究を３つのカテゴリーとしてまとめている。
その３つとは、
長い時間スケールの活動
ミリ秒単位の短い時間スケールの活動
「場所」を越えた活動例

---
研究戦略

後半では、研究戦略を次の３つのアプローチとしてまとめている。
エンコーディング
ディコーディング
生成（generative）モデル（日本語訳が正しいか自信なし。。。）

総説中のBox1がわかりやすい。

例えば、
神経活動
行動アウトプット
という２つがデータとしてあったとする。

エンコーディングは、その二つからニューロンがどういう行動アウトプットと対応するか、ニューロンがどういう行動アウトプットをコードしているか調べるやり方。いわゆるチューニングカーブを解析すること。

ディコーディングでは、行動アウトプットを神経活動から解読する。例えば、ニューロンがどんなチューニングカーブを持っているか知った上で、新しく観察したニューロン活動から、今動物がどんなアウトプットをしているか予測・解読する。

生成モデルは、さらにメタな発想で、単純には、ニューロン活動がいつ起こるべきか、神経活動そのものを予測すること。テクニカルには、例えば、１０個のニューロンの活動とラットの運動軌跡を観察していたなら、１０個中９個のニューロン活動と運動軌跡の情報を使って、残り１個のニューロン活動のタイミングを予測する。

この３つのアプローチでこの総説の著者たちが推すのは最後の生成モデル。

締めくくりとして著者たちは、認知機能を理解するには、文字通りのノイズと認知機能を反映しているけど一見ノイズのように見える神経活動を区別することが重要で、その点では生成モデルのアプローチは利点がある、と。さらに、計測法と解析法両方をさらに改善していけば、神経集団の活動や認知機能の理解が深まっていくだろう、としている。

---
感想

非常によくまとめられている。ニューロン活動だけでなく、fMRIに代表されるような、多変量として脳活動を計測している他の研究分野とも考えをシェアできそう。

が、この総説は「データ解析」という、データが取れた後どうするか？という戦略であって、そもそもデータをどう取るか？という視点は欠けているようにも思う。

例えば、ヒトのfMRIやサルの神経生理学の研究では、実験デザインそのものを洗練させる、という点にも重きを置いているから、そのような観点も非常に重要なように思う。

つまりは、両方をうまいこと融合させながらプロジェクト全体を考えていかないといけないのだろう。

また、この総説では生成モデルを推しているけど、それで脳の理解が深まるか？というと、必ずしもそうとは限らないケースもあるようにも思う。例えば、そのモデルの最先端は、おそらくPillowたちの論文だと思うけど、このやり方に疑問を抱く人はまだまだいる。ニューロン活動を予測できたのは良いけど、それで脳で起こっていることを理解したことに直接つながるのか、いま一つピンとこない。

一つのアイデアとして、生成モデルでの推定をもしもオンラインでできるようなフェーズになったら、それをもとに、リアルタイムでニューロン活動を操作して、行動との対応を見る、という閉回路系の発想なんかを導入できる時代がくると、それはそれで非常に面白い気はする。世に存在するツール、知識（あとお金）を総動員すれば、できるような気も。。。

それはともかく、神経科学は、データ解析、広くは統計学という点でも非常にチャレンジングな分野だなぁ、とあらためて痛感するしだい。（もっと勉強せねば。。。）

---
文献
Trends Cogn Sci. 2009 Jan 7. [Epub ahead of print]
Looking for cognition in the structure within the noise.
Johnson A, Fenton AA, Kentros C, Redish AD.
今回紹介した文献。

Nat Rev Neurosci. 2005 May;6(5):399-407.
Neural signatures of cell assembly organization.
Harris KD.
ボスが４年ほど前に書いた総説。
今回の総説でも引用されていて、発想的には非常に近い（ほとんど同じ？）。

アクティブ・ミーティング

2009-01-25T10:16:00.005-05:00

ミーティングというと、あらかじめ発表者が決まっていて、それ以外の参加者は基本的には「受身」的なことが多い。ミーティングの企画者がトップダウン的にミーティングを形作っていく感じ。

けど、ボトムアップ的な要素を強くしたミーティングは、非常にアクティブな議論が繰り広げられて、最先端の意見交換ができる非常に有意義な場となる・・・・

---
昨日、ジョンズ・ホプキンス大で開催された一日ミーティングに参加した。
このミーティングは、Auditory Cortex Splash2009という名のミーティングで、文字通り聴覚野の研究者が集まる超マニアックなミーティング。今回が初の試み。

このミーティング、僕がこれまで参加したミーティングの中で最もインタラクティブで、内容も「ボトムアップ的」に決まって、非常に刺激的だった。

どういう意味で「ボトムアップ」だったか、どんな運営方法だったか、備忘録として詳細を。

---
企画アナウンスと参加者募集

企画のアナンスが流れたのは、年末クリスマス頃。（開催１ヶ月前）
まず、聴覚系の主要PIへ向け、オーガナイザーがアナウンスメールを送った。

うちのボスがそのメールをラボメーリングリストに転送し、部下はその存在を知る。

面白そうなので、僕も参加メールをオーガナイザーへ出す。
（以降、連絡用メーリングリストに追加される）

ちなみに、そのアナウンスメールには、
「誰が来て、何を話すか決めてない」
とあった。（ここがこのミーティングのミソ）

---
企画募集
年明け（２～３週間前）、オーガナイザーからメールで、２つのことを聞かれる。
１．興味のある質問を２，３挙げて。
２．もし未発表データを話したかったら、その内容をごく簡単に教えて。
（ただし、一人に割り当てられるまとまった時間はないけど、とも）

締め切りまでに、気になっている事二項目と、発表したい未発表データの内容をオーガナイザーに伝える。

ここで参加者から募った質問が、ミーティングの内容となる。
これが「ボトムアップ」という意味。

---
企画途中経過

締め切り後、再びオーガナイザーからメールで、集まったすべての質問（５４！）が網羅された添付ファイルが送られる。

ついでに、事務的な質問も３つ。
（懇親会に参加するか、駐車券はいるか、学生やポスドク用の宿泊施設がいるか）

---
プログラム発表

ミーティングの数日前、オーガナイザーが質問集をカテゴリーごとにまとめて、プログラムとして参加者にメールした。

最終的には、４つのカテゴリーに分けられ、各カテゴリーにそれぞれ６，７の質問が書かれていた。当日は、この質問について議論した。

---
当日

朝9時スタート。
参加者は４０～５０人くらいだったか。
この分野の有名PIたちからポスドクや大学院生までが参加。
ミーティング会場は、50人入ると少し狭いか、というくらいの小～中会議室くらいの広さ。

まず、本編に入る前に、昨年末亡くなった偉大な解剖学者Winerさんの功績がごく簡単に紹介された。

そして本編。

１セッションあたり2時間くらいの時間が割り当てられ、各セッションごとに割り当てられた座長的な人がモデレーターとして一応仕切って議論が進行。

まずモデレーターがとっかかりを作って、各セッションで割り当てられた問題について、みんなで自由に議論をしあうという形式。

プロジェクターは、結局、その問題が書かれたスライドを表示するのに使ったくらい。データや考えを視覚的に伝えたかったら、プロジェクターではなく、ホワイトボードに手書きして議論してね、という感じ。

とにかく学生さんも含め、いろんな質問・回答がとびかった。もちろん、PIたちが議論の中心にはなったけど、一部のポスドクや学生は、アクティブにどんどん発言していた。

４つのカテゴリーに分けて進行はしたけど、一部は当然オーバーラップする部分もあって、議論がいろいろ発散したりもしたし、コンセンサスを形成させようとしたりと、まるでラボミーティングの拡張版のような感じで進んでいった。

最後に、今後の大問題を１０くらいリストアップして終了。

---
何を学んだ？

聴覚野の研究者たちの今の考え・哲学をぶつけ合ったという点で、非常に刺激的だった。今回集まった聴覚野研究者がどういう方向へ進もうとしているか、伝わってきた。

今回の形式、アクティブ・ラーニングに対抗して、「アクティブ・ミーティング」とでも言ったら良いかもしれない。大成功と言って良いだろう。

成功の鍵は、やはり多くの人が積極的に議論に参加した、ことに尽きるわけだけども、そのための要素として、参加者の規模、そして、問題意識というか研究分野がみんな共通していた、という点もクリティカルだったように思う。

テーマ（聴覚野）に興味を持っていなかったら、そもそも成り立たない企画だったから、参加者が人生をかけて（？）研究しているから、熱い議論が繰り広げられたのだろう。

それから、その場で問題を提起して考えるだけでなく、あらかじめ問題を参加者全員から募って（半ば義務のようにも感じた点が良かったかも）、オープンにした、という点も良かったかもしれない。

今回のミーティングは、いわゆるラボミーティングのプログレスレポートに毛がはえたようなものといえば、そうだけども、普通のラボミーティングと違って、プロ中のプロが大勢集まっているから、誰かがフォローアップしたりして、中途半端なものではなく、非常に質の高い議論が繰り広げられた。（なので、傍観者状態になったこともしばしば。。。）

その意味では、PIクラスの人が全体の1割近くを占めてコアを形成していた、という点も重要だったように思う。議論のハブ役。

ちなみに、このミーティングは今後も開催していくらしい。ぜひ続けて欲しい。
次回は、ホントにラボミーティングの延長として、解釈に困っている未発表データをネタに議論していこう、とのこと。

神経科学の歴史リソース

2009-01-10T12:40:00.002-05:00

Society for Neuroscienceのウェブサイトに、神経科学の歴史を学ぶ良いリソースがある。
学会から送られてきたメールで知った。

そこには、偉大な神経科学者たちの自伝やインタビュービデオ、新規分野を開拓した論文のリストなどがある。

自伝には、ヒューベル、ホジキン、ハックスレーなどが名を連ね、日本人としては伊藤正男先生の自伝もある。（といいつつ、リスト全員を知らなかったりする。。。というか、ほとんど知らん人ばかり。。。）

インタビュービデオは、学会のレクチャー直前にスクリーンに流されていた映像なのか、例えばクリックのビデオもあった。（まだ観てませんが。）

ついでに学会ページを眺めたけど、いろいろ充実していて、一般向けとしてBrain Factsなるパンフレット的な教科書があったりもする。

脳状態と聴覚野

2009-01-10T09:05:00.004-05:00

（長いです。ごめんなさい。。。）

なぜ脳の状態が重要か？

脳活動にはいろんな状態がある。
極端な例として、寝ている時と起きている時、脳状態は明らかに違う。

では、そもそも、なぜ「脳状態」をネタにするか？

今、
S ---> X ---> O
と、入力SをブラックボックスXに与えて、どんな出力Oが得られるか調べるとする。
全く同じSを与えても、毎回Oが違うとする。

もしそうなら、なぜか？

ひょっとすると、Sを与えた時のX、その状態が違えば、毎回Oが違った理由を説明できるかもしれない（仮説）。
では、その仮説を検証するには、Xの状態を積極的に調べないといかん、ということになる。

だから、脳状態は重要（強引？）。

別の例を：
iPodで好きな曲Sをリピートしながら、横になって聴いているXさんの行動Oを、数時間観察し続けたとする。

起きてる時は手でリズムを刻んだりするかもしれないけど、寝てる時はしない（普通は）。

なぜ？

寝てるなら、そりゃそうやろ！
とか言われたら、それでサイエンスは終わり。。。

けど、それでは
なぜ、寝てる時は手でリズムを刻まないのか？
の答えになってない。

これだけいろんな人が世の中にいてたら、そんなどうでも良いこと、を知りたいと思う奇異な人がいても良い（たぶん）。

その知りたいと思っている人は、曲Sが流れている時のXさんの脳状態を詳しく調べれば、もしかしたらその謎を解く手がかりが得られるかもしれない、と思うかもしれない。

そんなことに、今興味を持っているわけである。

とにかく、
脳状態を積極的に研究すると、脳がどう情報を処理するか理解するのに役立つ、と信じているわけである（強引だけど）。

前置き、超長すぎ。。。

---
今回は、そんな（？）モチベーションのもと、聴覚野の神経活動と脳状態の関係を調べた研究について、調べた範囲で備忘録的にまとめてみます。（こんな論文もあるよ、という情報提供お待ちしてます。）

以下は、マニアックで、専門性も高いです。

ちなみに、なぜ聴覚野か？というと、僕が研究している場所だからでもあり、実際、このテーマが昔から扱われているから。

聴覚野を対象にしていない研究は守備範囲外ということで、積極的には扱いません。一部の例外を除いて、ニューロン活動を直接計測した研究を主に扱い、例えば、fMRIやPETといったマクロレベルの脳イメージング研究は、今後の調査課題、ということで保留中です。

---
カテゴリー

さて、関連文献を眺めてみると、方法論的な意味で、いくつかのカテゴリーに分けられそう。そのカテゴリーとは、
「覚醒と睡眠」
「麻酔中の脳状態」
「麻酔下と通常の脳」
「注意」
の４つ。

カテゴリーに分けられるといっても、本質的な問題は同じな気がするので、あくまで便宜上、という感じで。

以下、カテゴリーごとに主要論文やつぶやきなどを。

---
覚醒と睡眠

このカテゴリーに入る研究の基本戦略はこうか：
音（感覚刺激）を出し続けて、動物が自然に寝たり起きたりするのを待ってデータを集める。後のデータ解析で、睡眠時、覚醒時と分けて解析し、自発活動や感覚応答が脳状態によってどう違うか調べる。

このカテゴリーの研究は、感覚の種類を問わなければHubelの１９５９年の論文（＊１）くらいから報告されている。

聴覚野の研究としてはこちら：
Arch Ital Biol. 1963 Jun 15;101:306-31.
THE ACTIVITY OF SINGLE CORTICAL NEURONES OF UNRESTRAINED CATS DURING SLEEP AND WAKEFULNESS.
MURATA K, KAMEDA K.
関連研究では必ず引用される。が、あいにく論文を入手しておらず。。。
他の論文を読むと、この論文で報告していることはこう：
起きている時と睡眠（徐波睡眠中）の聴覚野ニューロンの活動を調べて、自発発火頻度と聴覚刺激で誘発される活動は、動物が起きると共に上がる（寝ると下がる）。

この草分け的な研究に続いて、より簡便な実験方法の誘発電位計測（神経集団というマクロレベルの活動を測る）で、覚醒と睡眠を比較した研究もその後いくつか発表されている（＊２）。

それから、しばらく年月が経過し（＊３）、９０年代後半になってウルグアイ（！）のVellutiという人たちの研究グループがこの分野に参戦している：
Brain Res. 1999 Jan 23;816(2):463-70.
Sleep and wakefulness modulation of the neuronal firing in the auditory cortex of the guinea pig.
Peña JL, Pérez-Perera L, Bouvier M, Velluti RA.
モルモットの聴覚野ニューロンから活動計測して、状態によって異なる振る舞いをするニューロンがこれくらいいました、という現象の報告。主張として、自発活動と誘発活動の変化は逆向きかもしれない、ということを言ってはいる。（＊４）

ほぼ同時期にEdelineたちのフランスのグループが精力的にこの問題に取り組んでいて、
Eur J Neurosci. 2001 Dec;14(11):1865-80.
Diversity of receptive field changes in auditory cortex during natural sleep.
Edeline JM, Dutrieux G, Manunta Y, Hennevin E.
という超重要論文を報告している。

サンプル数は少なめだけども、モルモットの異なる脳状態（覚醒、徐波睡眠、レム睡眠）中の聴覚応答をシステマティックに比較している。自発活動、応答のSN比、受容野特性などが状態によって変化するけど、その変化の仕方はニューロンによって多様だ、という結論を導き出している。

そして、ごくごく最近、Xiaoqinさんたちのグループがこれまた良い論文を出してきた。
J Neurosci. 2008 Dec 31;28(53):14467-80.
Sensory responses during sleep in primate primary and secondary auditory cortex.
Issa EB, Wang X.
彼らが一貫して研究してきたマーモセットの聴覚野（一次だけでなくLBという２次？も）を研究対象にしていて、基本的には上のEdelineと同じ現象を見つけている。

つまり、平均的なイメージは覚醒と睡眠中で大きな差はないのだけども、個々のニューロンは多様、ということ。彼らがプッシュしている説は、視床は感覚情報の「ゲート」と考えられているけど、寝ている時でも聴覚応答は２次聴覚野に届いているし、ちと違うのではないか？ということ。（＊５）

今、聴覚研究者の中で最も影響力のあるXiaoqinさんがこの問題に取り組んだということで、２００９年、この問題に注目する聴覚研究者が増える予感。。。

---
補足
＊１：
大脳皮質、という意味で新しく、網膜で調べたという先行研究もあるようだ（Hubelの論文のDiscussion参照）。ちなみに、このHubelの論文は、無拘束・無麻酔ネコの視覚野ニューロンの活動計測実験。脳状態絡みのこととしては、ネコが起きたら発火頻度が下がるニューロンが意外といたよ、ということを強調している。

この話の集大成はLivingstoneとHubelの８１年の論文か。その論文では、睡眠と覚醒中の活動を電気生理と組織学を組み合わせてシステマティックに調べている（今やるのも一苦労な気がするから、当時としては相当すごい研究だったのではないか）。視床のニューロンたち（１４個のみ）は、起きると自発発火頻度が上がって、どのニューロンも基本的に同じだけど、視覚野のニューロン（１３０個）にはいろんなヤツがいて、３分の２のニューロンの自発活動は、確かに起きた時に発火頻度が下がるよ、なんてことを論文中では言ってはいる（けど、これに関する図や統計が全くない。。。）。

論文前半部分では、主には、覚醒・睡眠中の視覚応答（視覚呈示をどの程度しっかりできているか、論文を読んだだけでは判定できず）を比較していて、主張としては、ネコが起きると感覚情報処理のSN比が改善するのではないか、ということ。後半は、起きていた個体と寝た個体で代謝活性を組織学的に比較したデータを出していて、discussion部分で、一次視覚野の層活動の違いについてもコメントしている。なかなか情報量の多い論文。

＊２：
例として、
Prog Brain Res. 1965;18:63-9.
CORTICAL AND SUBCORTICAL AUDITORY EVOKED POTENTIALS DURING WAKEFULNESS AND SLEEP IN THE CAT.
HERZ A.

Exp Brain Res. 1970;11(1):93-110.
Acoustically evoked potentials in the rat during sleep and waking.
Hall RD, Borbely AA.
といった研究。いずれも論文を入手できず、さらに要旨もわからないので、どんなことを主張しているか不明。。。（おいおい）

＊３：
間の時期の研究として
Electroencephalogr Clin Neurophysiol. 1985 Nov;61(5):430-9.
Surface auditory evoked potentials in the unrestrained rat: component definition.
Knight RT, Brailowsky S, Scabini D, Simpson GV.
というのも見つかる。こちらは要旨しか見ていないけど、睡眠と覚醒の比較よりは、無麻酔のラットから聴覚誘発電位を記述する、という性質が強い印象。
それから、上のXiaoqinさんたちの論文の導入部で、今回のエントリーでは紹介していない論文がいくつか引用されているので、そのあたりまで当たると、聴覚野に関してはほぼ網羅か。

＊４：
意味としては、上のLivingstoneとHubelの論文で主張されていたように、SN比のことを言っているのだろう。が、このVellutiの論文を見る限り、そんな主張をサポートするほどの強力なデータはないと理解した。著者たちのバイアスを感じる。

＊５：
Xiaoqinさんの尊敬に値するところは、特定の分野を深く理解して、一見古臭いように思える問題でもしっかりした方法論で取り組んで、しっかりしたデータをもって、彼らなりの解釈をしっかり打ち出してくるところ。だから、実質的には新規性がないように見える研究でも、Journal of Neuroscienceという良い雑誌に載る（実際、この論文は非常に情報量が多いので、聴覚系研究者以外も学べるところが多々ありそう）。さらに、ラボとしての生産性も高いし、ホントに良いラボ。もしケチをつけるとするなら、今回の論文に関しては、古典的な方法論でアプローチした、という点。なので、マルチ記録をやっている人たちと脳の見方が違う（印象を受ける）。なので、「脳状態」という問題に彼らの方法論でどう挑んでくるのか、それとも、マルチ記録的なこともやってくるのか、個人的には注目したいところ。

---
麻酔中の脳状態

第二のカテゴリーに入る研究は、麻酔中の脳状態の変化と感覚応答との関係を調べた研究。脳状態を明示的に問題意識とせず、神経応答の試行間変動性（trial-to-trial variability）を問題意識としている研究もこのカテゴリーに入る。

もしサブ・カテゴリーに分けるなら、注目している時間スケールの違いによって分けられるかも。
長い時間スケールなら、数十分くらいの単位で変わる脳状態を扱った研究（＊１）。
短い時間スケールなら、スロー・オシレーションのいわゆるup状態とdown状態との関係を調べる研究（＊２）、といった具合。
前者は、カテゴリー１の研究の麻酔版、という感じか。

Horvath
J Neurophysiol. 1969 Nov;32(6):1056-63.
Variability of cortical auditory evoked response.
Horvath RS.
この研究は今読んでも示唆に富んでいる。
感覚応答の試行間変動を問題意識としていて、誘発電位のデータを統計的、時系列的に解析している。いわゆる非定常性の問題も触れている。麻酔が深くなったり、刺激強度が上がると、変動性が下がる、といった変動性のメカニズムにも少し踏み込んだ内容となっている。必読か。（＊３）

時代は一気に飛んで、
J Neurosci. 1999 Dec 1;19(23):10451-60.
Trial-to-trial variability and state-dependent modulation of auditory-evoked responses in cortex.
Kisley MA, Gerstein GL.
という論文が出る。
この論文のポイントは、この少し前に出たArieliたちの有名な論文の主張―出力である感覚応答は感覚入力成分とその時の脳状態との線形加算として説明できるーが間違っている、というかそんなに単純ではないと主張した点。

具体的には、電極から計測できるlocal field potential（電極周辺のニューロンたちの膜電位を反映している、とよく言われる）とmultiunit activity（細胞集団の出力）のうち、前者、略してLFP、が麻酔の深さ、感覚刺激直前の神経集団活動に応じてどう変化するかを調べている。そして、単純な線形加算では説明できないことをしっかり示している。

この研究は聴覚系の研究ではあるけど、時代的な文脈では、多くの研究者に重要な文献ではないかと思われる。

これに続く研究は、探索中。。。

---
補足
＊１：
Wogotterの研究に代表されるような研究で、いわゆる非同期状態と同期状態に分けて神経応答を比較する研究がこのサブカテゴリー。

＊２：
こちらはここ数年ホットな話題。聴覚ではなく、バレル皮質の研究が特に先行しているか。

＊３：
この研究より以前のものとしては、
Am J Physiol. 1959 Jun;196(6):1168-74.
Statistical properties of near threshold responses to brief sounds in the MES auditory cortex of the anesthetized dog.
TUNTURI AR.

Electroencephalogr Clin Neurophysiol. 1964 Nov;17:524-30.
VARIABILITY OF EVOKED AUDITORY POTENTIALS AND ACOUSTIC INPUT CONTROL.
WORDEN FG, MARSH JT, ABRAHAM FD, WHITTLESEY JR.
といった研究が見つかる。

前者のTunturiという人は、犬の研究で多くの仕事を残している人。引用した論文では、脳状態や試行間変動という問題意識よりは、単純にpパルス（Gaber関数的な聴覚刺激）を呈示できて、その時の誘発電位が測れて、その平均とバラツキを調べました、という研究。

---
麻酔下と通常の脳

麻酔と覚醒は違う。
当たり前といえば当たり前だけども、それを直接的に示した研究がいくつかある。聴覚野に関しては、この論文を挙げておきたい（＊１）
J Neurophysiol. 2001 Aug;86(2):1062-6.
Anesthesia changes frequency tuning of neurons in the rat primary auditory cortex.
Gaese BH, Ostwald J.
ラット聴覚野のニューロン活動を覚醒中と麻酔中で比較している。主張としては、抑制効果が麻酔によって上がって、受容野が狭くなる、ということ。麻酔には、equithesinを使用。（＊２）

一方、麻酔と睡眠（徐波睡眠）が違うということも一部の人は言い出している感じか（Xiaoqinさんはきっとその説をプッシュしそう。。。）。確かに、違う印象は受ける。

---
補足
＊１：
このトピックは、特に聴覚系研究者の間で激しい派閥争い的なことが起こっている。というか、もはや麻酔下の実験だけではコミュニティーに受け入れられなくなりつつあるか。Xiaoqinさんの貢献大。

＊２：
この論文を見ると、例えば、こちらのエントリーで紹介したKerrたちの論文を思い浮かべる。Kerrたちの主張だけ見れば何も新しくないのになんでNature Neuroscience？と思えなくもないけど、それがサイエンス業界の理解し難いところでもあるので仕方なしか。。。

それはともかく、「麻酔」は問題というと、麻酔全般でそうなのか？というとそうでない可能性もまだ残っている気がする（すべてを否定するのは難しい）。少なくとも論文を読む時は、その辺に気をつける必要がある。どの麻酔を使っているのか、その麻酔だと抑制効果がどれくらい強いかある程度イメージしないと解釈を誤る。このあたりは、fMRIの研究の解釈が分野外の素人にとって難しいのに似ている。

例えば、この論文で使っているequithesinはポピュラーではない気がするし、バルビツール系なので、抑制はかなり強烈なはず（down状態が異常に長い）。こういう研究では、違いが出た麻酔のデータだけ論文にする気もする（つまり、麻酔はだめ、という結論アリキ）ので、そういう著者の意図も汲み取る必要があるか。

特に、この手の論文が引用文献として他の論文で扱われている場合、著者の主張だけを鵜呑みして、都合の良いように引用されるケースも、仕方ないけど、あるので、これまた分野をミスリードしかねないリスク。

「麻酔の中の痛み」。

---
注意

最後のカテゴリーは、注意を向けた時と向けていない時で、聴覚野のニューロン活動がどの違うか？という問題を扱っている研究。

古い研究として、これまたHubelたちが面白い論文を５０年前に報告している。
Science. 1959 May 8;129(3358):1279-80.
Attention units in the auditory cortex.
HUBEL DH, HENSON CO, RUPERT A, GALAMBOS R.
ネコが注意を向けた対象音にだけ反応するattention unitなるものが聴覚野にいると主張している。（＊１）

この分野は勉強不足なので、とりあえず比較的最近の総説を二つだけ。（＊２）
Hear Res. 2007 Jul;229(1-2):180-5. Epub 2007 Jan 17.
Toward the mechanisms of auditory attention.
Hromádka T, Zador AM.

Curr Opin Neurobiol. 2007 Aug;17(4):437-55. Epub 2007 Aug 21.
Auditory attention--focusing the searchlight on sound.
Fritz JB, Elhilali M, David SV, Shamma SA.

この分野、ヒトの研究にまで手を広げたら、相当数の論文がありそう。。。

---
補足
＊１：
ただし、論文を読むと、他の解釈（例えば、自然音に対してのみ選択性を持つニューロンだとか、聴覚空間を表現するニューロンだとか）もできそうな印象を受ける。実際、データ数も数個のニューロンだけしか報告しておらず、いわゆる「セクシーさ」だけでサイエンスに載せたような話ではある。。。

＊２：
個人的な勉強課題を：
１．ヴィジランスという意味での「注意」と、カクテルパーティー効果に代表される選択的注意（attentional selection）という意味での「注意」の違い。
関わる（注目している）脳領域の違い、脳での空間的なスケールの違い（例えば、前者はグローバル、後者はローカル）、という理解で良いのか？もしそうだとすると、どれくらい明確な境界があるのか？
そういう発想ではなく、ヴィジランスが高まった上で選択的注意が働く、的な階層性をイメージしたら良いのか？もしそうなら、ヴィジランスを「注意」とするなら、選択的注意は「スーパー注意」？
その辺がよくわからない。。。

２．テクニカルな疑問として、刺激前、刺激中、刺激後、どの時間帯のどんな脳活動が「注意」として扱えて、扱えないのか？それは、課題、パラダイムに依存するとして、どういうコンセンサスがあるのか？

３．「トップダウン」と言った時、そのトップは前頭葉などのいわゆる「高次」連合野？、それとも基底前脳部などの皮質下もトップ？、視床（midline/intralaminar）もトップと言って良い？

４．ヴィジランスという意味での注意は、覚醒中の脳状態の違い、という発想とどれくらい、どのようにオーバーラップするのか？

５．そもそも注意とはなんぞや？（メカニズム的な定義）

いずれにせよ、この分野（注意とニューロン活動レベルでの神経生理学）は遅ればせながら（？）、聴覚系神経生理学者たちも文字通り注目しつつあるか。

---
その他

一連の情報を集めていく上で、以下の二つの総説は情報の宝庫だった。

J Neurophysiol. 2008 Sep;100(3):1160-8. Epub 2008 Jul 9.
Behavioral states, network states, and sensory response variability.
Fontanini A, Katz DB.
昨年出た新しい総説。
今回扱ったテーマも扱っている。特定の感覚系に特化せず、一般的な意味で脳状態の問題を扱っていたり、いわゆる神経オシレーションの話もあったりと非常に勉強になる。ただし、一部、？、と思う部分もあり。

Exp Brain Res. 2003 Dec;153(4):554-72. Epub 2003 Sep 27.
The thalamo-cortical auditory receptive fields: regulation by the states of vigilance, learning and the neuromodulatory systems.
Edeline JM.
こちらも超おススメな総説。
現象論的な話としては、皮質だけでなく、視床などのこともまとめられている。メカニズムの話も神経修飾物質という観点からしっかりまとめられている。今回のエントリーに興味がある場合、must-read。

---
最後に

今回は基本的に、単一細胞レベルの研究が中心だった。では、これがネットワークレベルの話としてどう理解していくか？が本質か。

これに関しては、やはりバレル皮質、視覚野を中心に進んでいるので、そういう意味では、聴覚系研究はかなり遅れ気味。

それから、２番目のカテゴリーの研究は主に麻酔下で進められてきたから、Petersenたちが昨年だした話のような感じで、どう「ナチュラル」な脳の話へ発展させるか、聴覚系研究者がそのトピックにどう貢献するか、も注目か。

いわゆる「神経オシレーション」の一大分野との絡みもやはり重要。

あと、グローバルな活動として見たとき、Massiminiらの話と絡めてどう掘り下げるか、とか。

そういうことをクリアにしていくことで、なぜ睡眠中に音楽が流れていても、（行動という意味で）リズムを刻まないのか？という問題をより深く理解できるのか、実のところよくわからんといえばわからないけど、手のつけられるところからやっていくしかないのだろう。

お疲れ様でした。
（この手の超ヘビー系エントリーのウェートを増やしたい、が今年の抱負です。）

仲間との議論は大事

2009-01-04T10:00:00.003-05:00

明けましておめでとうございます。
本年もよろしくお願いいたします。

---
新着のサイエンスに、クラスの学生たちのパフォーマンス向上に関する面白い論文が掲載されていた。

仲間同士の議論を積極的に持ち込むことで、一人で問題を考えた時は正解がわからなかった学生が、他の類似問題に適用できるくらいまでに知識を獲得し、たとえ誰も問題の答えを知らないケースでも、正解にたどり着く割合が増えたり、とにかく、グループ全体のパフォーマンスが上がるらしい。（細かいところは理解してませんが。。。）

この研究、どれくらい一般化できるのかはわからないけど、学習一般から未解決の問題にどう取り組むか、といったことを考える上で参考になりそうだし（ソーシャル・ラーニング＆アクティブ・ラーニング？）、集団による意思決定、という点から考えても面白いかも、と思った。

ある意味、学生間の相互作用によって、自己組織化的に「学生集団」が正しい方向へ進む、と考えられなくもないか。経験的に何となく知っていそうなことでも、こうしてしっかりデータを示されると、もっとこういうことを積極的に取り入れるべきなのだな、と再認識させられる。

新年に出た、なんだか面白い論文でした。

---
文献
Science. 2009 Jan 2;323(5910):122-4.
Why peer discussion improves student performance on in-class concept questions.
Smith MK, Wood WB, Adams WK, Wieman C, Knight JK, Guild N, Su TT.

ちなみに新着のサイエンスでは、教育とテクノロジーに関する特集が組まれていて、教育用ゲームなど、幅広いトピックが扱われている様子。

今年アクセスが多かったエントリー

2008-12-30T16:55:00.002-05:00

今年アクセス（PV）が多かったエントリー、トップ１０。

１．トレーニングと知能
２．統合失調症の新薬―LY2140023
３．意思決定の総説たち～Jouranl of Neuroscienceより
４．効率的な学び方
５．カンファレンス・プレビュー
６．個性豊かな抑制ニューロンのルーツを探る：パート１
７．睡眠不足、肥満、メタボ、そしてガン
８．個性豊かな抑制ニューロンのルーツを探る：パート２
９．研究者とニューロンの“生きるすべ”
１０．意識の神経学

＊昨年立てたエントリーもランクインしてます。

ちなみに、ワースト５は

１．歯医者へ行く２
２．ワイルド・プレーオフ
３．トレーニングでハンデ克服
４．ラットな研究者へのクリスマスプレゼント！？
５．日本語対応

ワースト３、４位は来年に期待するとして、それ以外は立てるだけ無駄だったということで。。。
2009年は気をつけます。。。

2008年、お付き合いいただきありがとうございました。
では、良いお歳を。

トレーニングでハンデ克服

2008-12-27T11:35:00.002-05:00

新着のネイチャー・ニューロサイエンスに掲載されたZhouとMerzenichたちの研究によると、生後の発達時期に（人工的に）起こした聴覚障害を、のちのトレーニングによって克服できることがわかった。

ラットを研究対象にしている。

これまでの研究から、生後のいわゆる臨界期の間に、特別な音環境でラットを育てると、聴覚機能が正常に発育しないことがわかっている。今回の研究では、その障害を受ける聴覚機能のうち、特に「時間処理」に注目している。

そして、トレーニングによってその障害を克服できるのか、行動レベル、神経活動レベルで調べている。

ちなみに、なぜ音の時間処理か？

例えばヒトの場合、音の速い変化を正確に処理できるかは、言葉の聞き取りに重要だから。ここでいう「時間処理」というのは、そういう音の速い時間的な変化、を処理すること。つまり、今回の研究は、動物の研究ではあるけども、研究者たちはヒトの言語処理も視野に入れた上で、研究を行っている。

---
ラットのトレーニングは、約０．５秒の間に「クリック」音が何回なるか区別する課題。つまり、クリックのペース（周期・スピード）を区別する。

5種類の違うペースのうち、１つのペースのクリック音が鳴ったときにだけ、鼻を穴に入れれば報酬がもらえるようにトレーニングする。

すると、はじめはもちろん出来ないけど、トレーニングを何日も続けると、その課題ができるようになった。

次に、脳でどんな変化が起こっているか、ニューロンの活動を測って調べた。
すると、トレーニングしたラットの聴覚野のニューロン活動は、普通の環境で発育したラットのそれと同程度の音の時間処理能力があることがわかった。

発育障害のラットのニューロン活動は、通常、速い音の変化についていけなくなるけども、トレーニングによって、速い音の変化にもついていけるようになった。

また、この効果はすぐになくなるものではなく、トレーニングをやめても少なくとも2ヶ月は持続する変化だということもわかった。

ちなみに、音の処理には、音の周波数の処理も大事だけど、その能力には改善は見られず、トレーニングした時間処理能力だけが改善していた。つまり、トレーニングを他の機能に一般化することは、残念ながらというべきか、当然というべきか、おきなかった。

この研究では、生後まもなく起きた（起こした）聴覚機能の発育異常を、後のトレーニングによって、行動レベルだけでなく、ニューロンの活動レベルで正常に近いレベルまで回復できることを示したことになる。

同じ研究グループは10年以上前、ラトガーズ大のTallalのグループとの共同で、人、子供を対象に、聴覚トレーニングのために開発した「ゲーム」をすることで言語機能の発育の遅れを取り戻せそうだ、ということを報告している。（こちら、こちら）

今回の研究のポイントは、臨界期後でも、トレーニングによって正常の機能を取り戻せることをニューロン活動のレベルとして示した点か。

少々時期を逸しても脳は変化し続ける。

---
参考文献
Nat Neurosci. 2009 Jan;12(1):26-28. Epub 2008 Dec 14.
Developmentally degraded cortical temporal processing restored by training.
Zhou X, Merzenich MM.

今回の論文、示しているデータといい論文の書き方といい、文句をつけようのない良い論文。

ラットな研究者へのクリスマスプレゼント！？

2008-12-27T11:18:00.002-05:00

げっ歯類の研究に関わっていない人には、ラットもマウスも似たようなものかもしれない。
けど、実際に関わっている人からすると、それぞれのメリット・デメリットがある。

僕は電気生理実験をしては、ニューロン活動を測っている。
マウスで試みたこともあるけど、マウスはとにかく小さい。できるだけたくさんニューロン活動を計測したい場合、非常に難儀。

これに加え、何人かの研究者からの証言によると、
マウスはラットよりアホ
らしい。。。

確かに、落ち着きがなくて思慮に欠ける印象は受ける。

もちろん、
同じ観点で比べると
という条件付なのだろうけども、行動を通して脳機能を知りたいのに、ホントにマウスが「アホ」だとすると、研究の障壁になる。

僕が知る限り、げっ歯類の心理学研究は、マウスよりラットで知識が蓄積されてきたから、行動という点においてはラットに軍配が上がりそうである。

と、電気生理学や心理学というアプローチにおいては、ラットがベター。
（薬理学という意味でも歴史があるそうだけど、よくわからない。）

そんな「ラットな研究者」にとって、クリスマス・プレゼントになりそうな論文がCellに掲載されている。

念願のES細胞が取れ、まだ克服すべき技術的な壁がいくつかあるようだけども、キメラになる確率も高い、らしい。

特定の細胞だけで特定の時期に遺伝子を操作する、なんてことがラットでもできる日も近いかも。

参考文献
Cell. 2008 Dec 26;135(7):1299-1310.
Germline Competent Embryonic Stem Cells Derived from Rat Blastocysts.
Li P, Tong C, Mehrian-Shai R, Jia L, Wu N, Yan Y, Maxson RE, Schulze EN, Song H, Hsieh CL, Pera MF, Ying QL.

自発的に繰り返される脳活動

2008-12-19T21:47:00.002-05:00

脳に刺激が入ると、もちろん何らかの活動が起こる。一方で、刺激がなくても、脳は勝手に・自発的に活動している。例えば、目を瞑っても、寝ていても、夢を体験していなくても、視覚野は常に活動し続けている。

そんな「自発活動」を調べた研究の中で、２ヶ月前にYang Danたちが雑誌Neuronに報告した研究がおもしろい。

視覚刺激で視覚野を積極的に活動させた後の自発活動を調べてみたら、視覚刺激がなくても、まるで視覚刺激が来た時のような活動がしばらく続くことがわかった。

しかも、何回も刺激をするほど、その効果が続くこともわかった。

---
研究では、電位感受性色素という脳の電気活動をモニターできる色素で脳を染めて、視覚刺激を呈示した時、その前後のラット視覚野の活動を広範囲に計測している。

この方法では、神経活動が視覚野をウェーブのように伝わっていく様子を２次元平面的にとらえることができる。スタジアムで起きるウェーブをヘリコプターか何かで上空から眺めるような感じ。いろんなウェーブが巻き起こる。

研究では、そのウェーブがどのように伝わるか、その軌跡をシンプルな方法で調べた。すると、視覚刺激を呈示した後しばらく、視覚刺激が入った時の活動軌跡と似た軌跡を描く自発活動がたくさん発生することがわかった。

しかも、視覚刺激が単純な刺激でも自然な刺激でもこの現象は起き、刺激が違えばそれに応じて自発活動の軌跡も変化し、たくさん刺激すればより長い間似た自発活動が発生する、ことがわかった。

---
これまで自発活動に関しては、たくさん研究がある。

その中で面白いのは、例えば、視覚応答の時にだけ見られると信じられていた脳活動の特徴が、放っておいても視覚野で勝手に現れたりする。

感覚情報を伝える視床からの入力を電気刺激でシミュレーションして、その結果起こる大脳皮質（その第４層）の活動パターンと、自発活動の活動パターンを比べてみると、実は区別がつかなかったりする。

とにかく、自発活動が、実際に感覚刺激で起こる活動パターンを「再生」しているような時がある。

今回の研究のポイントはというと、その「再生」が視覚刺激を与えた後、ホンの少しの間だけ（数分）起きやすくなることを明らかにした、しかも、それは刺激をたくさん与えたほど長い間現れる、という点だと思われる。

しかも、今回の研究は麻酔下のラットで行われた、という点も注目か。

自発活動のバラエティーが（たぶん）少ない、にもかかわらずというべきか、だからなのか（見つけやすかったのか）、はよくわからない。とにかく、今後の研究を待ちたいところ。（ひょっとしたら、別の麻酔を使ったり覚醒中に同じ実験をやると、ゴチャゴチャして現象をきれいにとらえられないかもしれない。）

ちなみに、これと似たことをさらに踏み込んで示していると思われるのは、昨年報告されたJiたちの話。海馬の活動との関係を明らかにしている点、ラットが課題をやった後に寝たら「再生」がたくさん起こったことを示した点、で個人的にはよりインパクトがあると思っている。（その意味では、今回の論文、論文としての完成度は非常に高品位で学ぶべきことはあるけれど、コンセプト的にはそれほど新しくない、という批判もできなくもない。しかも麻酔条件だけのデータだし。）

さらに、今回の研究、Yang Danの旦那さんであるPooさんが最近ネイチャーに出した話とも似ている。その論文では、刺激のリズムと同じリズムで「再生」が起きて、しかも行動的にも意味がある、的なことを示していたように思う（間違ってるかも）。

インサイダー取引的に、外部からは知りえない情報交換が密に交わされ、同時期に、異なる実験モデル、異なる計測方法で似た現象を見つけ、一流紙に仲良く発表したことになる。。。

それはともかく、
この分野、地味というか、セクシーでないというか、一見重要性がわかりにくい分野かもしれない。けれど、そもそも脳はいったいどう活動しているか？という問題を深く考えていく上では、非常に重要な研究テーマである。

脳は発生過程から勝手に活動するようにできている。
「脳が活性化する」とはよくいうが、その意味をしっかり考えた方が良い。

---
文献情報

Neuron. 2008 Oct 23;60(2):321-7.
Reverberation of recent visual experience in spontaneous cortical waves.
Han F, Caporale N, Dan Y.

伝染する幸せ

2008-12-06T11:46:00.005-05:00

アメリカでは、１１月だけで５０万人以上が職を失って、失業率が6.7％にもなったらしい（記事）。一方、それを反映してか、最近「幸せ関連ビジネス」が盛り上がっているらしい（記事）。

その幸せ（happiness)に関連して、BMJという医学雑誌に報告された研究によると、人の幸福感は、「友達の友達の友達」の幸福感とも関係があって、配偶者よりお隣さんの幸福感の方が、自分の幸福感に重要かもしれない。

---
「幸せ」については、経済学・心理学・神経科学など、いろいろな研究分野から取り組まれている。感情が人から人へ伝わることを調べた研究もあるらしいけど、幸せと社会コミュニティー全体との関係、特に「幸せ」がコミュニティーの中でどう広がるのか、よくわかっていなかった。

今回の研究では、Framingham（ボストンの近く）に住む５０００人以上の、１９４８年からスタートした追跡調査を調べている。

特に、その追跡調査のデータから、幸福感について調査し始めた１９８３年から２００３年までの２０年間、４７３９人のデータを詳しく調べている。

調べたことは、住人同士の社会的な関係と個々人の幸福感との関係、そしてその時間的な変化。

例えば、AさんとBさんがいたら、それぞれの幸福感と、AさんとBさんの社会的なつながりを追跡調査のデータから掘り起こす。それを、４７３９人、２０年間分のデータを調べて、コミュニティー全体の傾向を調べることになる。

---
この研究からわかったことは、
１．幸せな人たちは幸せな人たち同士でつながっている傾向がある。
２．最大「３度の隔たり」までの人（友達の友達の友達）が幸せだと、自分も幸せである傾向が高い。
３．周りの友人が幸せだと、幸せになりやすい。
４．配偶者や親戚よりも、物理的に近くに住んでいる友人が幸せだと、自分も幸せになる傾向がある。
５．職場仲間が幸せだからといって、自分も幸せになるわけではない。
といったことがわかってきた。

このことから、論文の著者たちは、幸せは社会ネットワークとしての現象でもあり、人々の幸福感はその知人の幸福感に依存する、と結論付けている。

---
ちなみに、幸福感をどのように測ったかというと、CES-Dというアンケートの中から幸福感につながる以下の４つの質問：
・将来に希望を感じる。
・幸せだ。
・人生を楽しんでいる。
・他の人と同じくらい調子が良い。
その回答結果に基づいているようだ。

---
もちろん今回の研究からは、いわゆる「相関関係」しかわからず、「因果関係」はわからない。だから、何が原因で幸せが伝染したのか、現時点ではいろんな可能性が考えられそう。それに、もしかしたらFraminghamというところだけの現象だった可能性もある。

つまり、追試、より慎重で詳しい解析が必要だろう。

ただ、職場の同僚の幸福感が、自分のそれにあまり寄与しないといった結果は、何となくリアルを反映しているようにも思える。。。

とにかく、今後の研究に注目したい。

---
ちなみに、ニューヨークタイムズに、この論文を詳しく紹介したすばらしい記事が出ている。

その記事ではあのDaniel Kahnemanまでわざわざコメントを寄せていて、とにかく超充実の記事となっている。

その記事にもあるが、今回の研究をうけて、もし不幸な知人がいたらその人との縁を切った方が良い、などと解釈するのは誤り。

むしろ、幸せの運び屋としての責任を誰もが持っている、と解釈すべきなのだろう。

ただし、だからと言って、なりふり構わず誰にでも笑顔を振りまくのは「危険」、とも論文著者の一人がインタビューで答えている。。。

実際の記事は以下の通り：

This now makes me feel so much more responsible that I know that if I come home in a bad mood I’m not only affecting my wife and son but my son’s best friend or my wife’s mother,” Professor Fowler said. When heading home, “ I now intentionally put on my favorite song.”

Still, he said, “ We are not giving you the advice to start smiling at everyone you meet in New York. That would be dangerous.”

友人に幸せを伝えるだけで十分なのだろう。

---
参考文献＆情報

BMJ. 2008 Dec 4;337:a2338. doi: 10.1136/bmj.a2338.
Dynamic spread of happiness in a large social network: longitudinal analysis over 20 years in the Framingham Heart Study.
Fowler JH, Christakis NA.

実は、同じ号で発表された別の論文では、にきび、頭痛、身長が社会ネットワークと関係があるか、つまり伝染するか調べている。

その結果、一見伝染しているようにみえるけど、環境要因を加味すると伝染していない、ということがわかった。

社会ネットワーク研究の警鐘ともとれる。
ネガティブな結果ではあるけれども、科学という点ではこちらも注目か。

大脳皮質の中のモチーフ

2008-12-06T08:40:00.003-05:00

１年以上前、日本神経回路学会誌に解説記事を書かせてもらった。
その抄録と全文PDFが公開されていることに気がついた。
（金銭上の都合で別刷りを買わ（え）なかったので、実は、最終的にどんな形で出版されていたのか知らんかった。。。）

扱っているテーマは、
ネットワーク科学を応用した、大脳皮質回路（マクロレベル）の構造解析。

日本にいた時の仕事であるこちらとこちら、そしてその周辺分野について、自分の知識内でまとめている。

少なくとも、このブログよりは気合いを入れて書いたので（当たり前か？）、それなりの情報は詰め込まれているのではないかと思われる。

気合空回りで書き過ぎのところや、途中のテクニカルな部分（モチーフ検出法）、脳と社会ネットワークとの比較の部分、などは読み飛ばしてもらっても、後半はそれなりに面白い問題・課題をいくつか指摘しているのではないかと、今読み返しても思う。

書いて１年経ってもほとんど進展していない問題もある。それは、重要なのだけども難しい問題と思うか、それとも、誰もケアしないどうでもよい問題と思うかは、読み手に依存する。

たくさん文献を引用するように心がけたので、情報源から自分なりに問題を考えるのにも使える。

と、生意気こいてますが、実はこの解説記事、いわゆるピアレビューを経ずに出版されているので、間違った解釈をいろいろしている可能性があります。

プロの方や興味を持たれた方と、メールなどでも何でも良いので、いろいろ意見交換が出来ればなぁと思っています。

とにかく読んでください！

---
参考情報

＜文献情報＞
坂田秀三: (2007) 大脳皮質の中のモチーフ : 計算論的神経解剖学とネットワーク科学の接点
日本神経回路学会誌, Vol. 14, No. 3, pp.205-217 .

The Brain & Neural Networks (Journal of Japanese Neural Network Society) 14 (3), 205-217, 2007
Motifs in the cerebral cortex: Links between computational neuroanatomy and network science.
Sakata S.

＜この記事に関連したブログエントリー（旧ブログより）＞
書き物
ヒトの脳内ネットワークをグーグル的に調べ尽くすには？
脳内環境問題
ネットワークモチーフ
大脳皮質の中の階層性～Hilgetag et al. Science 1996～
コミュニティーの運命を決めるルール
脳と人間関係のアナロジーを考える

＜おまけ＞
解説記事の冒頭に引用文がある。

There are three departments of architecture: . . . All these must be built with due reference to durability, convenience, and beauty.
- Marcus Vitruvius Pollio

これは、神経系関連の本からパクったのではなく、手さぐり的にググってたどり着いた文章。（だから、見るけるのに意外と時間がかかっている）

引用した意図は、durabilityがロバストネス、convenienceが高い機能性、beautyが規則性を持った構造、をそれぞれ連想させて、一目惚れした文章。

ちなみに、このMarcus Vitruvius Pollioという人は紀元前の人らしく、現存する最古の建築理論書らしいDe Architecturaを書いたとのこと。その本の英訳が、正確な場所は忘れたけど、ウェブ上にあって、そこから拝借した。

オリジナルの前後文脈を全然理解せずに引用しているので、とんでもない誤解をしているかもしれないけれど、、、

STED顕微鏡

2008-11-29T09:50:00.005-05:00

顕微鏡と言えば、中学生の時にタマネギか何かの細胞を理科の実習で観察して、大学院生に入って共焦点レーザー顕微鏡や２光子励起顕微鏡なるものがあることを知った。今の大学院生なら、4Pi、STED、PALM/STORMといった顕微鏡を話題にしているのかもしれない。

とにかくここ最近、次から次へと新しい名前の顕微鏡が登場していて、もはやついていけなくなってきた感がある。顕微鏡の英語はmicroscopyだけど、”nanoscopy”という言葉もよく見る。

その中で、STED（stimulated emission depletion）顕微鏡という顕微鏡が神経科学研究に応用されつつあるので、今回は私が重要論文かも？と思った範囲で、STED関連の文献集を作ってみます。

こういう次世代顕微鏡のポイントは、従来の光学顕微鏡では見れなかったものが、見れるようになる、ということか。しかも、組織を生のまま見れたりするので、神経可塑性や神経伝達物質放出などの動的なプロセスをより高解像度で調べられるようになる、ということなのだろう。

つまり、文字通り見落としていたものが見えてくる可能性がある。

---
STED顕微鏡

STED顕微鏡について語る時、キーパーソンはStefan W Hell。

Optics Letters, Vol. 19, Issue 11, pp. 780-782
Breaking the diffraction resolution limit by stimulated emission: stimulated-emission-depletion fluorescence microscopy
Stefan W. Hell and Jan Wichmann

STED顕微鏡の生みの親、HellたちがSTED顕微鏡のコンセプトを初めて提唱した論文。簡潔にまとめると、励起光をクエンチング・ビームなどと呼ばれるレーザーと一緒に使うことで、空間解像度を従来の数百nmから一気に数十nmと１桁も下げられることがわかった。

---
STED顕微鏡の神経科学への応用

Science. 2008 Apr 11;320(5873):246-9. Epub 2008 Feb 21.
Video-rate far-field optical nanoscopy dissects synaptic vesicle movement.
Westphal V, Rizzoli SO, Lauterbach MA, Kamin D, Jahn R, Hell SW.

こちらの論文は、神経科学への応用だけでなく、STED顕微鏡を生きた細胞に初めて応用したという点でも重要な論文か。具体的には、シナプス前終末のシナプス小胞のリアルタイムイメージングに成功して、細胞内の小胞の挙動が明らかになった。この論文の解説記事が非常にわかりやすくてよい。

想像力を豊かにすれば、ニューロン間の情報伝達の効率性を、生きた組織で光学的に詳しく調べられれたりするのかもしれない。

Proc Natl Acad Sci U S A. 2008 Nov 21. [Epub ahead of print]
Live-cell imaging of dendritic spines by STED microscopy.
Nägerl UV, Willig KI, Hein B, Hell SW, Bonhoeffer T.

ごく最近出た論文。STED顕微鏡で樹状突起上のスパインを経時的に観察したという論文。科学的発見という意味では、大したことないのだろうけども、こういう論文はワクワクする。ちなみに論文の最後に、電顕で回路を再構築するより、STEDで良いのでは？ともある。最先端の現場では、どういう議論が繰り広げられているのか興味があるところ。

---
STED顕微鏡も扱っている総説（紹介だけ）

Science. 2007 May 25;316(5828):1153-8.
Far-field optical nanoscopy.
Hell SW.

Nat Methods. 2008 Jun;5(6):475-89.
Do-it-yourself guide: how to use the modern single-molecule toolkit.
Walter NG, Huang CY, Manzo AJ, Sobhy MA.

Nat Rev Mol Cell Biol. 2008 Dec;9(12):929-43. Epub 2008 Nov 12.
Fluorescent probes for super-resolution imaging in living cells.
Fernández-Suárez M, Ting AY.

Stefan HellでpubMed検索をすると、他にもたくさん関連文献が見つかる。

追記（12/20）
Nature Methodsによると、「今年の技術」としてSTED顕微鏡を含んだnanoscopyが選ばれている。どういう経緯で最近のブレークスルーが起こったかわかりやすく紹介した記事や、Hell自身による記事などもあって超お勧めです。

---
日本語でググッた結果からおススメ情報

Nature Methodsの日本語記事

Ctenophoraの日記より「光学顕微鏡を超える空間分解能のために」（超充実）

---
update:
関連書籍
生命現象の動的理解を目指すライブイメージング―癌、シグナル伝達、細胞運動、発生・分化などのメカニズム解明と最新技術の開発、創薬 (実験医学増刊 Vol. 26-17)
STED顕微鏡やナノスコピーのことは扱われていないようですが、イメージング研究の最先端の本として。

Nanoscopy Multidimensional Optical Fluorescence Microscopy
というナノスコピーの教科書が発売されるようです。

Bernard Baarsのブログ

2008-11-25T08:11:00.000-05:00

こちら。

学会会場での人間行動を科学する

2008-11-22T20:37:00.004-05:00

前回のエントリーの関連ネタとして、アホエントリーを。

今回、バカでかい学会会場を歩き回っていて、ふと、
Aさんとどれくらいの確率でめぐり合えるのだろうか？
と思った。

今回のエントリーでは、ある意味どうでも良いそんな問題を、ちょっと考えて見ます。（なぜなら、楽しいから。）

---
まず直感

直感的には、会場を２次元的にとらえて、AさんとBさんを２つの粒子か何かと考え、その行動モデルを何か仮定して、その２粒子の衝突確率か何か計算すれば良いのだろうか？（散々やられている気もするな。。。）

AさんとBさんのめぐり合う確率ではなく、どういう会場のデザインが効率的な会場か？、とより有益な問題を考えても良い、というかその方が面白い（し、研究費を取ってこれそうでもある？）

なので、問題を、効率的な学会会場デザインとは？とすり替えてみる。

シミュレーションをする時、もし上の直感で良いとするなら、
１．会場のデザイン
２．行動モデル
３．ヒトの密度
が重要な要素になるのか？

---
行動モデルとヒトの密度

行動モデルに関しては、移動距離と滞在時間というパラメーターが重要か？

移動距離に関しては、おそらくLevy flight的な仮定は直感的に正しい気がする。
というのは、例えばポスター会場では、一つのテーマの場所で、ポスターを一つ一つ見ていくこともあれば、ポスター会場から大きなホールまで長距離移動することもある。

けど、その長距離移動は１日数えられるくらいしかしない。
一方、ポスターを一つ一つ見るための移動頻度は非常に多い。

少なくとも正規分布ではない気はする。

滞在時間はどうか？

移動距離と何か関係があるような気もしないでもない。
一つのポスターの前に１時間居座ることはまずない。数秒見ては次のポスター、長くても１０分くらいか。一方、シンポジウム、レクチャーは１時間単位でいる（楽だし。。。）

ついでに、粒子密度も考えて、粒子同士の衝突など、粒子の行動がスタックすることも考えられるとなおリアリスティックで良い（ここが一番やっかいか）。実際、大ホールでのレクチャー前後ではその粒子同士の衝突が顕著となり、行動が規制される。

人種や男女比なども考えて、粒子サイズを考えても良いけど、それはやりすぎだな。

３万人分のシミュレーションが実際どれくらい大変なのか、よくわからないけど、それくらいでやりたいところ。

---
会場デザイン

デザインとして、二つ考えられそう。
第一に、箱はそのままで、演題の配置をいろいろ考える。
第二に、箱そのもののデザインをいろいろ考える。

前者は特にポスター会場内のポスターや企業ブースの配置などをいろいろ考えることがすぐに思いつくか。

後者は、今回のワシントンDCのコンベンションセンターと昨年のサンディエゴのそれを比較すれば良い。（リアルに忠実するのは難しいのかもしれないけど）

これは考えようによっては建築家とコラボすると面白い気がする。というのは、デザインと利便性のトレードオフを、科学的に扱えるかもしれないから。（ホントに扱えるのか、実際の現場ではもっともっと深いことが考えられている気もするが。。。）

例えば、大ホールの出入り口、その周辺のデザインなどをどうすれば、混雑を回避できるか、そういった問題を考えるとか。

それから今回、スタバに長蛇の列ができていたけど、その辺の効率性を上げるのにも役立てられないか。（効率的なお金儲けにもつながるやもしれんし）

---
シミュレーションの評価

では、何をもって良い学会会場デザインとするか？

もしも一人だけで会場を自由に動き回れて、聴きたい演題をすべて回れる。（ポスターの順番待ちは一切なし）

これが一つの最適解な気がするから、シミュレーションした全てのヒトの平均なり統計量が、その最適解に近ければ良い、ということになるか。

---
実験

やはり、シミュレーションだけでは面白くない。
実際の人の行動をトラックしてデータ収集したい。

どうするか？
GPSの詳しいことはよく知らないけど、GPSでは解像度は足りないか？（人は３次元的に動きまわるし）

参加者でiPhoneなどのスマートフォンを持っている人は多そうだから、何かそういうデバイスを利用できると良さそうだけど、お金がかかりそうな気もする。。。

けど、もしそういう携帯デバイスを使って、１メートル以下、数秒単位で位置を把握できるとすれば（一気に飛躍するけど）、事前に参加者を募って、行動をトラックさせてもらっても良い。そんな実験をするなら、ぜひとも参加してみたい。

そんなハイテクを使わなくても、万歩計に毛が生えたデバイスを用意しても良い。各歩行のタイムスタンプも記録できるデバイスを、参加者の一部にしてもらえば、行動モデルを考えるための最低限のデータは収集できるかも。（けど、空間情報もないと、かゆいところに手が届く実験データにはならない気も。。。）

そうやって、シミュレーション結果と実際の行動との折り合いをつけながら、どんな学会会場のデザインが良いか、科学的な根拠を持って考えていける気もする。

実際には難しい問題がたくさんありそうで、素人過ぎるか？
よくわからん。
けど、楽しそう。

---
何の役に立つか？

参加者の役に立つ。
ひいては科学の発展に貢献する。
なぜなら、参加者の情報収集の効率を上げられる提案をできそうだから。
さらには、経済効果、医療の発展も期待できる（かも？）

想像力をもっと豊かにすれば、例えば、こういう研究をさらに発展させ、マンハッタンでのヒトの行動などに拡大して、ボトムアップ的に都市のデザインを考えられないか？

この地区にスタバをｘ軒作るのは明らかに無駄、とか、そういうことも定量的に示せそう。生態学、社会学、そして経済学が融合したりしそうな気もする。

その意味では発展性もある気がする。

と、そんなアホなことを学会中考えてました。。。

---
参考になるかもしれない情報

Nature. 2008 Jun 5;453(7196):714-6.
Ecological modelling: the mathematical mirror to animal nature.
Buchanan M.
内容はしっかり覚えていないけど、Levy flightの研究史的なことが非常にわかりやすくまとめてあった。

Nature. 2008 Jun 5;453(7196):779-82.
Understanding individual human mobility patterns.
González MC, Hidalgo CA, Barabási AL.
携帯電話ユーザーの情報を解析して、ヒトの行動パターンがLevy flight的だということを実証した研究だったように記憶している。

学会を終えて　２００８

2008-11-22T06:19:00.002-05:00

Society for Neuroscienceのミーティング終了。
しかし、人多すぎ。。。

ポスター会場やメインの入り口付近の混雑ぶりを、エスカレーターを降りながら遠目に見ていると、いろいろ考えさせられた。。。

今回は（も？）３万人以上が参加していたらしい。
神経科学者もバブル。。。（しかも膨らみ続けている）

さて、今回は学会の感想などをつらつらと。

---
全体の印象

昨年のエントリーを読み返すと、Brainbowの話が出た直後だったりと、connectomicsが一つのキーワードな感じがあったけども、今年はこれっ！という一大トピックはなかったような。。。（といっても、規模がでかいから、あくまで僕の見聞きした限られた範囲では、、、ということにはなる）

optogenetics、connectomics、neuroeconomics、brain-machine interface、、、

もちろん面白い演題はいくつもあったけど、ブレークスルーというよりは、新しい分野がその裾野を徐々に広げているという感じか。

ちなみに、僕は睡眠がらみのシンポジウム、ミニシンポジウムに足が向いた。

学会直前のJournal of Neuroscienceにいくつかミニシンポジウムの総説的な論文がある。参加した睡眠のミニシンポジウムはなかなか面白かった。日本からはオレキシンの研究で世界的に有名な金沢大の櫻井武先生がシンポジストでもあった。

このシンポジウムで何人かのスピーカーが問題にしていた「睡眠のホメオスタシスの仕組み」、確かに不思議な問題である。

実生活とも直結する。

例えば、今回の学会はワシントンDCだったから、僕が住んでいるNJ州とは時差はなし。だからサーカディアンリズムはほとんど影響を受けない。

けれども、１週間に渡って毎晩呑んだくれたり（後述）、最終日のパーティーを終えて、２２時の電車でDCからNJに帰って、翌朝３時半に自宅に帰り着いたりすると、そのホメオスタシスが働いていることを、学会後２日間くらい痛感することになる。

つまり、睡眠不足だったり疲れが出て、生産性が著しく低下する。。。
このテーマの研究の経済効果は大きいはずである。

その仕組みについて、分子の話、脳波の話は個別にはあるようだけども、そのリンクがどれくらいわかっているのだろうか？とにかく面白い問題。

Scholarpediaを少し見てもあまり包括的という感じではないから、よくわかっていないのだろう。

このシンポジウムで、今の僕の研究とリンクがありそうなのはオーガナイザーのKilduffさんの話くらいといえばそうだけども、いろいろインスパイアされた。

---
学会のメリットとデメリット

話は変わって、冒頭「人が多い」と書いたので、そのメリットとデメリットを。

＜メリット＞
・知らないことを聞ける適切な人が大抵どこかにいる。
・ビッグネームのトークを聴けるチャンスに恵まれる。
・多くの人と出会う、再開するチャンスがある。（＝呑み会のチャンスに恵まれる）

＜デメリット＞
・同時多発的に重要なイベントが起こっていて、一人で情報収集するには限界がある。（超並列処理的な学会？）
・なかなか知り合いとめぐり合えない。
・面白いポスターの前には「群」ができ、話を聞く気力がうせる。話を聞けたとしても、他の人の質問によって説明が中断され先に進めずフラストレーションがたまる。（聴衆が多様なだけに、それは不可避でもある）

では、そのデメリットを改善するにはどうしたら良いか？

少なくとも、オンラインにある要旨集と、オーラルとポスターの決定方法を変えて欲しい。

まずオンライン要旨集。これホントに使えない。。。

次のような機能があると良いのになぁ、と思う。
１．ページランク的な検索結果のソート機能を追加する。
２．ソーシャルブックマーク的な要素も取入れ、群ができそうな演題を知りやすくしたり、ラボメンバーや知り合いと興味のある演題をシェアできるようにする。
３．アマゾンのように、この本を買った人はこの本も買ってます的に、「この演題をチェックした人はこの演題もチェックしてます」という、関連演題へのリンクが自動生成されるようにする。

とWeb2.0的な要素なども取り入れて、重要な演題を探しやすい、シェアしやすいようにして欲しい。参加費として＄２３０も払っているわけだけど、もう少し良いお金の使い方があるような気もする。（お願いだから何とかして欲しい）

それから、オーラルとポスターの配置。
例えば１ヶ月前までのアクセス数、あるいはブックマーク数をもとにオーラルかポスターの意思決定を。そして、ポスターでもいくつか階層性を作って、人の多そうなポスターのスペースは２倍割り振るなどする。

そして、クラスA、クラスBのポスターのエリアといった具合に、空間的に差別化してもらえると、非常に情報収集の効率は上がる気がする。

特に、大きい学会は分野外のことを知る良い機会でもあるから、あらかじめそういう差別化をしてもらうと、素人も聞くべき演題の選択がしやすくなる。

ただし問題は、要旨登録は半年前で、その後、内容が大きく変わったりすることがよくあることか。良い演題かもと思ったら、実は大したことなかったりもする。。。

さらに、要旨集を１ヶ月前からチェックする人はほとんどいないか。。。結果的に、Web2.0的機能があまり役に立たないかもしれない。とすると、お金の無駄になるというリスクも。。。

なかなか問題山積。

導入１年目は目を瞑って、２年目以降は、過去の情報を持ち越す、とかそういうことをすると、少しずつ良くなっていくかもしれない。

それから、有名ラボのポスターには大抵「群」ができるから、そういうエゲツナイ差別化も、実は現実的な選択肢のような気もする。（例えば今回、ブザキ研は一テーマを独占していたので、明示的でないにしろ、そういう差別化は聞くほうとしてもありがたい。）

それから、学会会場のデザインなども工夫次第で参加者の効率性が上がる気がする。これについては、別エントリーとして立てみるかも？です。

--
発表

ということで僕の発表について。
今回、APANのポスターは相変わらずお寒くて、２，３回しか発表するチャンスに恵まれなかった。。。

SfNの方は、さすがに朝一はほとんど人が来なかったけども、９時前くらいから継続的に人に来てもらえて、良いフィードバックをもらえた。

今回は日本人にたくさん来ていただいて、「ブログ見てます」と何度も言ってもらいました。わざわざ足を運んでいただきありがとうございました。

と発表はまずまず。

---
ナイト・サイエンス

今回、毎晩食事やパーティーに恵まれ、日本人、外人、いろんな人たちと交流をもてて、超充実の学会。外人さんとしてはパーティーでNYUのReyesさんと知り合えた。彼はRIKENにも少しいたそうな。知らなんだ。

日本人のパーティーの場では、このブログをネタに話しかけられたりと、意外とブログは役に立つかも？、と思ったしだい。。。

お話をしていただいた方ありがとうございました。来年もよろしくお願いします。

と、なかなかインテンスな学会だった。（今回は、敬語の使い分けがやけに難しかった。。。）

多様性が生む効率性

2008-11-08T11:41:00.003-05:00

個々のニューロンの活動は非常に多様。例えば、１個のニューロンの活動に注目すると、同じ刺激（例えば光刺激）を繰り返しても、それに対する応答が毎回違う。同じニューロン、同じ刺激なのに。

では次に、１から１０の刺激に対する応答を調べたとする。Aというニューロンは２～３という狭い範囲の刺激にしか応答しないのに、Bというニューロンは１～８という広い範囲で刺激に応答したりもする。つまり、個々のニューロンの「守備範囲」も多様。

では、そんな多様な応答をするニューロンたちの情報処理パフォーマンスは、全体としてみてどうか？

多様な方が良いのか、それとも、守備範囲の広さは均一な方が、実はパフォーマンスは良いのか？

Dragoiの研究グループが、そんな問題に取り組んた結果をPNASに報告している。

神経ネットワークのシミュレーションの結果、多様性を増すほど、情報処理の効率性（パフォーマンス）が改善することがわかった。そして、その効率性の改善には、ニューロン同士の活動の協調性が必要ということもわかった。

つまり、ニューロン活動の多様性が増すと、ニューロン同士の協調性が変わり、ひいては全体としての情報処理の効率性が改善することがわかった。

脳においても、多様な要素から成る集団のパフォーマンスは、均一な集団のそれより優れている。

---
補足

この研究では、視床（外側膝状体）から一次視覚野の４層までを想定したフィードフォワードネットワークをシミュレーションしている。

論文では図３が重要ポイントの一つで、多様性が増すほど集団のパフォーマンスが上がることを示している。ここで多様性というのは、方位選択性のチューニングカーブ（の広さ）の多様性のことで、実際には皮質内ニューロン集団のコンダクタンス分布のバラツキとしてこの多様性を操作しているようだ。一方、集団のパフォーマンスというのは、神経集団の活動をもとに刺激をどれくらい予測（ディコード）できるかということで、Fisher informationとして定量しているようだ（細かいところは把握してません。。。）。

もう一つ重要なのが図４で、いわゆるnoise correlation（単一試行レベルで見たネットワークレベルの活動の揺らぎ具合、という解釈でだいたいOKか。テクニカルには、同一刺激に対するニューロンペアの活動相関を単一試行レベルで計算する）が、どれくらい効いているか「シャッフリング法」で調べている。

その結果、noise correlationがなくなると、多様性によるパフォーマンスの改善がなくなる、逆に言えば、多様性によってパフォーマンスが増すには、多様性を導入する時に生じるnoise correlationが重要ということがわかった。

さらに、論文のDiscussionで重要な議論を展開していて、「回帰性」回路とフィードフォワード回路の違いについて議論している。これはもう一つ図を増やせるくらい価値のある議論だと思った。(supplementary informationにその図があって要確認)

彼らの主張は、自分が理解した範囲ではこう：
神経回路の特性として回帰性まずありき。ただし、機能的に考えると、回帰性は活動の相関性を大きくする方向に働いて、全体としてのパフォーマンスが落ちる（なぜなら、機能重複が大きくなって冗長性が増す、すなわち情報量が減るから）。そこで、ニューロン間の多様性を導入することで、それを克服している。それが脳なのではないか？
ということ。

これを受けて個人的に思うこと：
なるほど、確かにこの研究・主張は非常に面白い。だけども、「多様性」に（少なくとも）もう一つレベルを追加する、というのがよりリアリスティックな考え方なのではないか？

いずれにせよ、この手の研究は計算論的な優れた研究がいくつか出ているので、実験的にこの問題にアプローチしながら、コンセプトをより改善していく必要があるのではないかと個人的には思われる。

と、新規性そのものは乏しいといえばそういう気もしますが、さすがDragoiという感じで面白かったので紹介してみました。

---
参考文献
Proc Natl Acad Sci U S A. 2008 Oct 21;105(42):16344-9. Epub 2008 Oct 14.
Efficient coding in heterogeneous neuronal populations.
Chelaru MI, Dragoi V.

今年の学会

2008-11-07T18:45:00.003-05:00

北米神経科学学会（SfN）のミーティングが来週末１５日から。

１０のルールを確認しながらポスターつくりに励んでます。。。

今回はラボの発表演題についてまとめてみます。
（要は宣伝です。。。）

---
発表の概要

今年のメインの発表は火曜１８日午前。
「ハリス組」として６人並んでポスター発表。

多くの演題の問題意識は、
ミクロレベルの神経細胞たちの振る舞いは、マクロレベルの脳状態にどう左右されるか？
ということ。

景気の大きなうねりの中で、株トレーダーたちは経済イベントに対する行動・戦略をどう変えるか、調べるのに似ている。（全然違うけど。。。）

残りは、日曜午後に２つと、火曜午後に１つ。
すべてポスター発表。

---
以下、各演題についてプレビュー。
（直リンクも張っておりますので、itineraryにぜひともご登録を。。。）

火曜日午前 (１１月１８日、Auditory Cortex III)

566.25/JJ9
Functional network connectivity within rat auditory cortex in vivo
*P. T. CHADDERTON1,2, K. D. HARRIS2,3;

ポールはシリコンプローブ記録とin vivo patchを組み合わせるというテクニカルにタフな実験をやっている。ストーリーもなかなか面白くて、今回一押し。

566.26/JJ10
Control of single neuron activity by sensory stimuli and global network dynamics in auditory cortex
*C. P. CURTO, S. SAKATA, S. MARGUET, K. D. HARRIS;

脳状態のダイナミクスをモデルで記述して、感覚応答の変動性を説明しよう、という話。実験データとモデルを組み合わせた研究。私の名前が入っているのは、実験担当者だったから（といっても、生データ＋アルファを提供しただけ。。。）。

566.27/JJ11
Population responses to extended tone stimuli in auditory cortex of awake rats are dominated by global fluctuations
*A. LUCZAK1, P. BARTHO1, K. D. HARRIS1,2;

ラボのエース、アーターは最近始めた新規プロジェクトを話すようだ。

566.28/JJ12
State dependence of laminar processing in the auditory cortex
*S. SAKATA1, K. D. HARRIS1,2;

皮質コラム内のニューロン活動は脳状態にどう影響を受けるか、という問題に、シリコンプローブ記録とjuxtacellular記録、ついでに脳状態をmanipulateするクラシカルな方法を組み合わせてアプローチしてます。

アブストには書いていないデータも話します。
（あくまで宣伝）

ちょっとしたsurpriseもあり？？
（あくまで宣伝）

ここだけの話、意識レベルと神経細胞の活動との関係に興味がある人には、一つ問題提起できると思います。
（あくまで宣伝。。。）

566.29/JJ13
The effect of global and attentional state on forward masking in rat auditory cortex
*L. HOLLENDER1, G. H. OTAZU2, A. RENART1, L.-H. TAI2,3, K. D. HARRIS1,4;

こちらも脳状態がらみで、Zador研とのコラボ（と言いながら、トニーさんの名前がない。。。）。
脳状態が違うと聴覚応答（forward maskingが起こる連続刺激に対する応答）がどう違うか調べている。

566.30/JJ14
Auditory cortical activity across desynchronized and synchronized states
*S. L. MARGUET, S. SAKATA, C. CURTO, K. HARRIS;

しつこいくらい脳状態がらみ。
脳状態の違いによって、自発活動と聴覚応答（AMノイズに対する応答）がどのように違うか調べている。こちらも私の実験データを使ってもらっているので名前を入れてもらってます（おいしい）。

以上。
過去、似た研究は散々やられているけども、聴覚野で、しかも神経集団活動として調べている研究、という意味では新規性があるのではないかと思われる。

---
日曜日午後

42.21/Q4
The dynamics of pair-wise correlations lead to asynchronous states in recurrent densely-connected balanced cortical networks: I Theory
*A. RENART1, J. DE LA ROCHA2, N. PARGA3, A. REYES2, K. D. HARRIS1,4;

42.22/R1
The dynamics of pair-wise correlations lead to asynchronous states in recurrent densely-connected balanced cortical networks: II numerical analysis and experiments
*J. DE LA ROCHA1, A. RENART3, N. PARGA4, K. D. HARRIS3,2, A. D. REYES1;

アルフォンソ先生と最近ラボメンバーに加わったハイメが、こちらの論文の延長線上？としてやっている理論と実験の話をする。計算論の人にはmust-visitな非常に刺激的な内容かも？

---
火曜日午後

689.8/TT54
Organizing plasticity across neuronal networks: the retroaxonal hypothesis
*K. D. HARRIS;

こちらで紹介した仮説。
十八番のアナロジー炸裂か？
（最近は論文で書いているのとは違うアナロジーで話している。）

---
この他には、学会直前のAPANという聴覚系のサテライトシンポジウムでもポスター発表。
今年は誰もオーラルに選ばれず残念。。。

---

このエントリーを見て、ポスターへ足を運ばれた方、そうでない方も、気軽に声をかけてください。
友達になってください。。。

Tufted Baldness

2008-11-01T10:29:00.004-04:00

アホネタ。

今年のノーベル化学賞のテーマは光るタンパク質だった。
研究現場では、頭がピカピカ光っている(seriously。。。)

では逆に、頭を光らせない研究も大事ではないか？
特に男性には。。。

アンチメタボならぬ、アンチボールド、アンチ脱毛、アンチ・・・

新着のNature Geneticsにそんな最前線の研究が二つ報告されていた。こちらとこちら。

脱毛症男性のゲノムを、ゲノムワイドで調べていったら、X染色体ではなく、２０番染色体の２０ｐ１１という領域にいきついたらしい。面白い。

毛根といったら良いのかhair follicleの細胞生物学と今回の二つの論文を簡潔に説明したNews and Viewsによると、すでにいくつか候補遺伝子が見つかっているようだ。

なかなか有望である。
（が、僕を含め、このブログを見ている男性陣に間に合うだろうか。。。）

---
ところで、素朴な疑問として、脳と脱毛症は関係があるか？

ホントかどうか知らないけど、ストレスによってハゲるとは、よく言う。
もしホントなら脳も一役かってないか？

環境要因による脱毛の問題を（万が一まじめに）考えるなら、まずは内と外の環境要因を分けて考える必要があるか。

「外」は、直接頭皮に作用するケミカルという環境要因。

「内」はさらに少なくとも二つに分ける必要があるかも。
第一に、食事などで外部から体内に取り込んだもの。
第二に、脳が環境情報を処理した結果生じるもの。例えば、ホルモン。そういうホルモンが、頭皮の何らかの遺伝子発現などに作用して、脱毛を引き起こす、というアイデア。

wikipediaを見てみると、脱毛という事実そのものが心理（脳活動）に影響を及ぼす逆の流れのことが書いてあるから、ポジティブフィードバックもあるような気もしないでもない。。。

システムレベルの話になるだけに、なかなか奥が深い。
wikipediaのこちらでは、高カロリーな食事とも関係があるとか。
そうなると、ホントにメタボとリンクしたりといろんな可能性も考えられないか。

ちょっとpubMedでも調べてみたら面白そうな総説があった。

脳と皮膚障害との関係についてまとめている雰囲気。
この総説で扱われている候補分子は脳と皮膚をつなぐインターフェースだから、brain-skin interfaces、BSIだな。。。

なんだか収拾がつかなくなってきたので、この辺で。。。

---
参考文献

Nat Genet. 2008 Nov;40(11):1270-1.
Combing the genome for the root cause of baldness.
McLean WH.

Nat Genet. 2008 Nov;40(11):1279-81. Epub 2008 Oct 12.
Susceptibility variants for male-pattern baldness on chromosome 20p11.
Hillmer AM, Brockschmidt FF, Hanneken S, Eigelshoven S, Steffens M, Flaquer A, Herms S, Becker T, Kortüm AK, Nyholt DR, Zhao ZZ, Montgomery GW, Martin NG, Mühleisen TW, Alblas MA, Moebus S, Jöckel KH, Bröcker-Preuss M, Erbel R, Reinartz R, Betz RC, Cichon S, Propping P, Baur MP, Wienker TF, Kruse R, Nöthen MM.

Nat Genet. 2008 Nov;40(11):1282-4. Epub 2008 Oct 12.
Male-pattern baldness susceptibility locus at 20p11.
Richards JB, Yuan X, Geller F, Waterworth D, Bataille V, Glass D, Song K, Waeber G, Vollenweider P, Aben KK, Kiemeney LA, Walters B, Soranzo N, Thorsteinsdottir U, Kong A, Rafnar T, Deloukas P, Sulem P, Stefansson H, Stefansson K, Spector TD, Mooser V.

意識の神経学

2008-11-01T08:18:00.008-04:00

最近、The Neurology of Consciousnessという本が届いて、各章の要旨だけ一通り読んでみたので、ここで一度まとめてみます。

neurology（「神経学」という訳が見つかる）、wikipediaによると「神経系の疾患を扱う医学分野」とある。psychiatryなど他の分野との関係もwikipediaで説明（議論）されている。

この本はneurologyというだけあって、医学書的なニュアンスも強い。

昏睡、植物状態をはじめとしたdisorders of consciousness（「意識障害」と訳すことにします）の最新研究がしっかりまとめられている点が特徴的。いわゆるlevel of consciousness（意識レベル）の研究に多くのページが割かれている。

このエントリーでは、まずこの教科書の編集者を紹介した後、全体構成と各章のアウトラインをまとめます。

（またまた超長いです。。。）

---
編集者について

この教科書の編集者は、Steven LaureysとGiulio Tononi。

Laureysは、意識障害患者の脳イメージング研究で多くの業績を残している。この人が関わった最近の有名な研究としては、外からの呼びかけに対して、植物状態の患者さんの脳がしっかり応答した、という話。他にも意識障害に関する論文をたくさん出している。

Tononiも一言でまとめるのは難しいけど、実験科学という点では、睡眠の問題を脳活動から遺伝子レベルまで幅広く扱っている第一人者。

理論的な研究に関しては、情報理論にインスパイアされたinformation integration theory of consciousness（integrated information theory of consciousnessとも呼ぶ）という説を展開している。（ちょうどPooneilさんのところでもエントリーが出ています。仮説の概要はわるねこさんのエントリーに詳しい。さらに詳しいことはTononi自身が書いた論文、あるいはこの教科書の最終章でコンセプト的な説明はあります。）

---
本の大まかな構成

Preface
Prologue
Section I: Bacis
Section II: Waking, Sleep and Anaesthesia
Section III: Coma and Related Conditions
Section IV: Seizures, Splits, Neglects and Assorted Disorders

この本は４つのセクションから構成されている。

第一節は、意識研究のための現時点での基礎知識、基本概念がトピックとして扱われている。例えば、Singerの神経同期の話、土谷さんとKochによる注意と意識の違いの問題なども扱われている。

第二節は、タイトルの通り、覚醒、睡眠、麻酔という意識レベルの問題、そして夢遊病（sleepwalking）の問題も扱われている。

第三節では、昏睡や植物状態といった様々な意識障害から、BCI（brain-compute interface）による治療の試み、そしてニューロエシックスと意識障害治療との関係についても議論されている。

第四節では、典型的な意識障害ではないけど、neurologyが扱う様々な疾患と意識との関係が中心となっている。その「様々な疾患」とは、例えば、てんかん、分離脳、転換性障害、健忘症、失語症から幽体離脱、臨死体験まで幅広い。

実はこの第四節の最終章に、TononiとLaureysが総括的な章を書いて多くの情報が詰め込まれている（後述）。

---
続いて各章について簡単に。

Preface
LaureysとTononiによるこの序文は、事実の重要性を謳ったポアンカレのクオートから始まる。

ニュートンが初めて提唱したとされる客観性と再現性を重んじる科学の方法論の話。ガリレオの計測方法のブレークスルーから、ダーウィンによって明らかにされた進化、それによって生まれた脳の話へ。

そして、ペンフィールドの言った、neurologyとは人類自身の研究だ、というクオートに続いてこの本の主旨が簡単に述べられている。

その主旨とは、意識や壊れた意識に関する神経学的な事実を提供すること。

哲学的な議論とは一線を画し、近年の技術的な進展にともなって可能になった意識研究の科学的な側面を扱う強い意思が述べられている。

最後に、客観性を重んじる方法論では、主観性の問題は永遠に解けないと哲学者は言うかもしれないが、我々は実用主義（pragmatism）的なアプローチをより好み、科学と技術の発展が、究極的には意識の神経的な実体の理解へと導くだろう、と謳っている。

---
Prologue

Allan Hobsonがプロローグを寄稿している。堅苦しい教科書というよりは、サイエンスライティング的なプロローグである。

行動心理学の暗黒時代ではブラックボックスであった脳を知ることで、現代の意識研究が花開きつつある、ということを謳っているようだ。

（軽く流します。。。）

---
＊ここからは基本的にはアブストラクトを読んだだけの情報に基づきます。
（一部の章は部分的にテキストを読みましたが、自分の中での情報は不完全です）

Section I: Basics
この節は６章構成。

1. Consciousness: An Overview of the Phenomenon and of Its Possible Neural Basis
Antonio Damasio and Kasper Meyer
この章では、まず意識の定義について議論している。

三人称と一人称的観点から意識の特徴を説明し、意識の定義を設定している。そして、「今」と「ここ」に関する自身の感覚としてのcore consciousnessと、過去と未来予想に関する自身に関する複雑な感覚としてのextended consciousnessというコンセプトを紹介している。

続いて、その二つの意識を支える神経基盤を、神経解剖学、神経生理学的観点から考察している。さらに、意識障害を含めた神経学的観点からの考察も展開し、cortical midline structures（正中線付近の皮質領域で、特にposteromidial corticesを指している）が、coreとextendedの意識生成に重要ではないかと結論付けているようだ。

2. The Neurological Examination of Consciousness
Hal Blumenfeld
脳死、昏睡、植物状態、最小意識状態といった意識障害について、文字通りneurology的な知識が概説されている。この教科書を読み進めるための予備知識としては必読か。

3. Functional Neuroimaging
Steven Laureys, Melanie Boly and Giulio Tononi
PET、fMRIからいわゆるマルチモーダルイメージングまで、非侵襲的な脳活動計測の方法論についてまとめられている。

4. Consciousness and Neuronal Synchronization
Wolf Singer
脳のいろんな場所で同時多発的に行われている分散的な情報表現を、統合しているのではないかとされる神経同期。そして、その仮説を唱えたSinger。

この章では、意識の神経相関（NCC）を研究するためのモチベーションから、その仮説へ至った経緯、そして、仮説の実験的証拠をまとめているようだ。

5. Neural Correlates of Visual Consciousess
Geraint Rees
視覚刺激が意識にのぼる時とそうでない時の脳活動を比較しながら、視覚的な気づき（visual awareness）の必要十分条件について議論している。ヒトの脳機能イメージングの研究が中心。

6. The Relationship Between Consciousness and Attention
Naotsugu Tsuchiya and Christof Koch
トップダウンの選択的注意と意識は違う。それをサポートする心理物理、脳活動計測の研究がまとめられている。参考情報としてのBoxなども充実していて、今後の課題などもしっかりまとめられている。このテーマの研究戦略、コンセプト、方向性を理解するのに非常に良さそう。

---
Section II: Waking, Sleep and Anaesthesia

7. Intrinsic Brain Activity and Consciousness
Marcus E. Raichle and Abraham Z. Snyder
脳機能の見方として２つの視点がある：第一に外因性の脳活動、第二に内因性の脳活動。
エネルギー消費量で見れば、後者の方がはるかに大きいにも関わらず、これまでの研究はあまりまともに取り組んでこなかった。

その内因性の脳活動をfMRIで理解しようとしているRaichleたちが、この分野のバックグランドから比較的最近の知見、そして将来の課題までを簡潔にまとめている。

ちなみに、このテーマに関しては、FoxとRaichleが去年出した総説も非常に包括的な内容でおススメ。

8. Sleep and Dreaming
Giulio Tononi
睡眠ステージ、睡眠サイクルの説明から、各ステージを制御する神経核、そして各ステージ中の自発的神経活動と代謝、感覚応答性についてまとめられている。

さらに、睡眠と意識の関係の議論に入り、夢についてもページが割かれている。そして、白昼夢の話からナルコレプシーといった睡眠関連の疾患まで扱っており、とにかく睡眠に関して、包括的な内容となっているようだ。

9. Sleepwaking (Somnambulism): Dissociation Between ‘Body Sleep’ and ‘Mind Sleep’
Claudio L. Bassetti
夢遊病に関する医学的知見がまとめられている。

10. General Anaesthesia and Consciousness
Michael T. Alkire
麻酔が意識にどう影響を及ぼすか？現時点での理解を、分子から神経細胞集団、神経回路まで幅広くまとめているようだ。

このテーマに関しては、Nicholas P Franksが書いた総説も包括的でおススメ。

---
Section III: Coma and Related Conditions
＊ここは内容的にヘヴィーです。。。
＊私は医者ではない全くの素人なので、読み流してください

11. Coma
G. Bryan Young
昏睡(coma)は覚醒できない無意識状態で、ascending reticular activating system（視床や大脳皮質を「活性化」させる脳幹の神経核群で、覚醒状態の維持に不可欠な場所）の機能障害によって生じる。

この章では、その昏睡の神経基盤、他の意識障害との違い、医療現場での基礎知識、さらには倫理的な問題について簡潔に触れられている。

12. Brain Death
James L. Bernat
脳死は、臨床的な意味での脳機能が不可逆的に停止した状態で、人の死を決める。そんな脳死と死をテーマに、脳死・死の診断基準・診断現場から、宗教・文化的違い、そして臓器提供までの内容を扱っている。

13. The Assessment of Consicous Awareness in the Vegetative State
Adrian M. Owen, Nicholas D. Schiff and Steven Laureys
最近、脳機能イメージングによって見方が大きく変わりつつある植物状態。その研究の最前線にいる著者たちが、自らの研究を含め、技術的な問題点なども指摘しながら今後の方向性を探っている。

14. The Minimally Conscious State: Clinical Features, Pathophysiology and Therapeutic Implications
Joseph T. Giacino and Nicholas D. Schiff
最小意識状態は、自身あるいは環境に対する気づきを行動的に示す点で植物状態とは区別される。他にも植物状態と異なる特徴が多数報告されているようだ。

この章では、その最小意識状態の特徴を説明し、正確な診断・予後のための方法論について議論している。そして後半は、最小意識状態のメカニズムについて、脳イメージングの研究を中心にまとめている。

15. Consicousness in the Locked-in Syndrome
Olivia Gosseries, Marie-Aurelie Bruno, Audrey Vanhaudenhuye, Steven Laureys and Caroline Schnakers
行動的な出力に選択的な障害を負いつつも、基本的な認知機能は保たれているLocked-inシンドローム。そのシンドロームの特徴、診断、予後から、この意識障害になった患者さんのQOLまで議論している。

16. Consicousness and Dementia: How the Brain Loses Its Self
Pietro Pietrini, Eric Salmon and Paolo Nicheli
アルツハイマー病に代表される痴呆。その痴呆の多様性について記述した後、幻覚や妄想と痴呆との関係、そして痴呆で「心」が失われていくことと脳が失われていくこととの関係について考察している。

17. Brain-Computer Interfaces for Communication in Paralysed Patients and Implications for Disorders of Consicousness
Andrea Kubler
主に脳波計測を利用したBrain-Computer Interfaces（BCI）の医療最前線についてまとめられている。対象の患者さんは、ALSから意識障害であるLocked-inシンドロームまで幅が広い。

18. Neuroethics and Disorders of Consciousness: A Pragmatic Approach to Neuropalliative Care
Joseph J. Fins
意識障害の臨床現場で発生する多くの倫理的問題。John Deweyの功績であるところが強いclinical pragmatismという考え方を適応しながら、その倫理的問題に取り組んでいこうとしているようだ。（この分野は完全にノー知識なので、これくらいでご容赦を。。。ツッコミサポートは大歓迎です）

---
Section IV: Seizures, Splits, Neglects and Assorted Disorders

19. Epilepsy and Consciousness
Hal Blumenfeld
意識は神経回路の同期的な活動に依存している。けども、その同期が行き過ぎるとてんかん発作になり、意識を失うことにもつながる。

この章では、意識の喪失をともなうabsence seizures、generalized tonic-clonic seizures、temporal lobe complex partial seizuresという３つのてんかん発作について注目している。そして、脳のどこの活動が異常になることで意識が失われるのか、conscious systemというコンセプトを導入しながら考察している。

20. The Left Hemisphere Does Not Miss the Right Hemisphere
Michael S. Gazzaniga and Michael B. Miller
分離脳患者でより顕著になる右脳と左脳の機能分化。Gazzanigaたちの数十年の研究からわかってきた、脳はシステムとしてどう働いていそうか（機能しなくなるか）ということについて、意識という視点から議論を展開している。

誤解を恐れずに書くと、彼らの主張はこう。右脳や左脳に多くのサブシステム的なものがあって、特定のシステム（特に左脳）はそのサブシステムのinterpreter、つまり、サブシステムの情報を統合する存在だ、ということを言っている。

21. Visual Consciousness: An Updated Neurological Tour
Lionel Naccache
一次視覚野の障害で起こるブラインドサイト、視覚的形状失認（visual form agnosia）、視覚性運動失調（optic ataxia）、幻覚と腹側経路との関連、背側経路と関連する無視（neglect）、さらには、配偶者を詐欺師と疑ってしまうように、人、物、場所を誤認してしまうCapgras妄想や分離脳での認知まで。視覚的な意識に異常をきたす症状に注目しながら、著者自身の理論を紹介している。

この章は、こちらの総説のアップデート版とのこと。

22. The Neurophysiology of Self-awareness Disorders in Conversion Hysteria
Patrik Vuilleumier
転換性障害という訳が見つかるConversion hysteria。この疾患は、身体や認知機能に対する気づきに障害が起こることで特徴付けられ、神経系の目だった物理的な障害が認められない、neurologyとpsychiatryの境界に位置づけられる疾患。心的なトラウマやストレスから引き起こされることもあるらしいが、その詳しいメカニズムは不明らしい。

この章では、その疾患に関わる現時点での仮説を紹介し、脳機能イメージングによってわかってきた知見をまとめているようだ。

23. Leaving Body and Life Behind: Out-of-Body and Near-Death Experience
Olaf Blanke and Sebastian Dieguez
幽体離脱（out-of-body experiences、OBEs）と臨死体験（near-death experiences、NDEs）の現時点での理解がまとめられている。

それらの定義と現象論から、研究でわかってきたメカニズムの候補や現象そのものの多様性まで、２００近くに及ぶ文献を参考にしながらまとめ、今後の方向性を議論している。

24. The Hippocampus, Memory, and Consciousness
Brandley R. Postle
HMさんに代表される海馬周辺の内側側頭葉障害・切除による健忘症（medial temporal-lobe (MTL) amnesia）。その健忘症や内側側頭葉と意識的気づきとの関係について議論されている。

25. Syndromes of Transient Amnesia
Chris Butler and Adam Zeman
前章に対して、この章では、transient global amnesia、transient epileptic amnesia、psychogenic amnesiaという一過的な健忘症について、最近の知見がまとめられた後、意識との関係が議論されている。

26. Consciousness and Aphasia
Paolo Nichelli
言語障害の失語症を中心に、心理的なプロセスとの関係が議論されている。キーワードは、anarthria、dynamic aphasia、agrammatism。

27. Blindness and Consciousness: New Light from the Dark
Pietro Pietrini, Maurice Ptito and Ron Kupers
この章では、盲目の人から意識や脳の働きという点で学ぶべきことを、動物の研究にも触れながらまとめられている。

28. The Neurology of Consciousness: An Overview
Giulio Tononi and Steven Laureys
この章は一通り読んだので、少し長めに。

この章は、教科書の包括的な内容＋アルファとなっている。３００近い引用文献をもとにした、重要な情報が詰め込まれていてmust readな章。

この章は、５つのパートから構成されている。
意識と他の脳機能との違い、意識レベルの話、意識の解剖学に、意識の神経生理学、そして、Tononi自身のintegrated information theory of consciousnessを意識理論として解説している。

例えば、意識と他の脳機能との議論は、意識の定義を考えていく上で非常に重要な思考プロセスだと個人的に思ったし、意識の解剖学の部分では、どこを対象にすればどういう問題にアプローチできそうか、なかなかクリアカットにまとめられている。（もちろん、問題山積なテーマもある、という意味では全くクリアではないのだけども。。。）

ただし、TononiとLaureysが分担して書いたと思われるけども、Tononiが書いたと思われる部分に若干のバイアスを感じた。例えば、最後の理論の部分は、他の理論との比較がなく、アンフェアな内容で'overview'とは言えない気がした。

「理論」に関しては、scholarpediaのSethのエントリーがフェアな気がする。

---
後記

お疲れ様でした。
（このエントリーを全部読まれた方がいらっしゃったら、お礼として、もれなくSfNでビールおごります。ウソです。。。）

この本には、一般？の神経科学の分野でもホットな話題がふんだんに取り入れられていて、非常に読み応えのある良い教科書の雰囲気である。

一人の著者が多くのトピックについて語るのではなく、各章はその道のプロが書いているから、全体としてバランスがとれている。ただ、章によって、「温度差」が若干ありそうな雰囲気を感じた。バランスはトータルでは取れていそうだけども、各章間の分散が大きい感じである。少なくとも形式・スタイルがまちまち。

このあたりの改善は、第二版以降に期待したい。

以下が私のmust-read portfolio。
レベル１：　１，２，８，１９，２８
レベル２：　４，５，６，１０，１６，２０，２１
レベル３：　７，１１，１３，１４，１７，２３，２５，２７
レベル４：　３，９，１２，１５，１８，２２，２４，２６

レベル１がmust-read度が最高。以下に続いている番号は章番号。レベル４は、かなりの確率で読まないであろう章たち。。。

もちろん、これは人に依存する。人によっては、幽体離脱と臨死体験を扱った２３章というスーパーセクシーな章がレベル１になるだろうし、睡眠に興味がない人はまたガラッとかわったリストになると思われる。

ちなみに、僕がなぜこの本を買ったかというと、もちろん、「脳状態」がらみ。

多くの神経科学者が脳状態として議論しているのは、この教科書でlevel of consciousnessと言っているのとおそらく等価なはず。例えば、brain-state-dependent xxxと論文で書くのは無難で良いけど、conscious level-dependent xxxと書くととたんに反発しだす人が出てきそう。同じことを議論していそうだからどっちでも良いにもかかわらず。。。個人的には、そういう人の反発を買いそうな言葉を避けつつ、consciousnessのことに真っ向からチャレンジしている研究者コミュニティーにどうアピーリングな研究をするか、という戦略を練りたいと思っていて、その助けになるだろうという期待でこの教科書を買った。とにかく、僕自身の中で、「脳状態」と「意識レベル」の研究文脈とをできるだけ近づけたいという希望がある。

この本をざっと見て抱いた不満と期待。神経細胞、神経ネットワークのレベルが本質的な問題なのに、そのことがほとんど扱われていないということ。神経回路という点では、この教科書、Singerの章こそあれど、片手落ち、あるいは重大な穴が存在している感じが強くした。この教科書は「意識の神経学」としては良いのかもしれないけど、「意識の神経科学（The Neuroscience of Consciousness）」としては、個人的には非常にフラストレーションがたまるし、だから良いとも言える。未開なテーマがたくさん眠っているのではないか、という期待が膨らむから。

そんなやすっぽい考えをうだうだ書くより、とにかく、次のエントリーに向けて読み進めます。。。
改めて、お疲れ様でした。

神経回路のサブネットワーク

2008-10-25T16:41:00.005-04:00

最近、コネクトームやコネクトミクスと呼ばれる研究プロジェクトが何かと話題になる。これは神経系の詳しい回路図を明らかにしようとする究極的なプロジェクト、とでも言ったら良いだろうか。

一方で、従来から行われている電気生理学の方法論で、回路図、あるいは神経回路の「サブネットワーク」を探そうという試みももちろん有効で、こちらは機能的な側面を調べながら研究できるから、神経回路研究に大きく貢献してきた。

その後者について、新着のCurrent Opinion in NeurobiologyにSilberbergが総説を書いていた。

彼は、Markram（こちらでも紹介したBlue Brain Projectでも有名）としばらく一緒に仕事をしてきて、昨年のNeuronに良い論文を出している。その論文では、大脳新皮質５層のサブネットワークの機能特性を明らかにしている。（最近、スウェーデンで独立した模様。）

この総説の主旨は、その論文を中心に、周辺情報をまとめようということだと思われる。

今回のエントリーでは、その総説をまとめて、過去に立てた関連エントリーをリンク集としてまとめてみます。

---
この総説の構成は以下の通り。

Diversity of GABAergic interneurons
Differential excitation of interneurons
Polysynaptic subcircuits in the neocortex
Functional role
Summary

はじめの２つのパートで予備知識を提供している。続く項目で、彼自身の研究や同時期に発表された重要論文をまとめつつ議論を展開、そして今後の課題・展望を述べている。

この総説は、一言で言えば、
興奮性細胞＃１→抑制性細胞→興奮性細胞＃２
というサブネットワークのこれまでの理解をまとめている、と言ったら良い。

特に図２に重要な情報がまとめられている。

以下、もう少し詳しく。
（マニアックな内容なので長いです。すみません。。。）
---
Diversity of GABAergic interneurons

まずここでは、文字通り、GABA作動性インターニューロンの多様性を簡潔にまとめている。教科書的な内容となっている。

（＊以下、「インターニューロン」をGABA作動性ニューロンと等価なものとして呼ぶことにします。GABAを伝達物質として持つニューロンで、基本的には、抑制性の情報を近くのニューロンへ伝えるニューロンのことです。）

---
Differential excitation of interneurons

インターニューロンを駆動するには、興奮性入力が必要なわけだけども、その入力がくるシナプス性質が、細胞の種類によって違うことをまとめている。

文献としては、ReyesがSakmannのラボから発表したNature Neuroscienceの論文が重要だと思われる。

基本コンセプトとしては、特定のインターニューロンAでは抑圧的なシナプスを持ち、他の特定のインターニューロンBでは増強的なシナプスを持つ、ということ。

前者は入力が立て続けに入ってもその効果は減衰していき、後者は入力が立て続けに入るとどんどん興奮しやすくなる。

その結果として、異なるタイプのインターニューロンは、異なる「time slots」を持つのではないか？ということを議論している。

ちなみに、そのインターニューロンAとは、parvarbuminというタンパク質陽性のインターニューロンで、機能的にはfast-spiking細胞、形態的にはバスケット細胞とも呼ばれる。

インターニューロンBは、somatostatin陽性で、形態的にはマルティノッティ(Martinotti)細胞と呼ばれる。

---
Polysynaptic subcircuits in the neocortex

ここから「サブネットワーク」の話になる。

ここでのサブネットワークというのは、
錐体細胞＃１→インターニューロン→錐体細胞＃２
という回路。

２つ以上のシナプスを経由するから、「ポリシナプス性」の回路と呼ぶ。
そんなポリシナプス性サブネットワークを明らかにした重要論文が、ここ数年で立て続けに発表されている。

４つのグループが重要な論文を発表している。

---
まず名大の小松由紀夫先生たちのグループがサイエンスに発表された研究がその一つ。

その研究では、マウスの視覚野（２/３層）では、興奮性の錐体細胞の出力信号が、インターニューロンを経由するけども直接ドライブせずに、他の錐体細胞へ抑制性信号を速く伝えることがある、という驚くべきことを報告している。

可能性として、錐体細胞＃１の出力がインターニューロンの軸索（終末？）だけに作用して、抑制性の出力を錐体細胞＃２に伝えているのではないかと考えられている。

つまり、
錐体細胞＃１→インターニューロンの軸索→錐体細胞＃２
というサブネットワーク。

---
２つ目は、先日のエントリーでも少しだけ紹介したTamasたちのグループの話。

axo-axonic細胞（あるいはシャンデリア細胞）が興奮性の信号を伝えることができる、というこれまた驚くべき話。

錐体細胞＃１→シャンデリア細胞→錐体細胞＃２
というサブネットワークで、錐体細胞＃２のinitial segmentの分極具合によって、シャンデリア細胞からの信号が興奮性になったり、抑制性になったりする。

---
３つ目は、Silberberg自身の研究。

５層で、
錐体細胞＃１→fast-spiking細胞→錐体細胞＃２
錐体細胞＃１→マルチノッティ細胞→錐体細胞＃２
というサブネットワークを報告している。（後者が論文でのメインストーリー）

上で述べたように、二つのインターニューロンは違うシナプス特性を持っているから、錐体細胞＃１が立て続けに興奮する「バースト（burst）」を起こすと、後者のサブネットワークが駆動されることになる。そのことを電気生理と組織学的なデータから示した。

本文では、後者のサブネットワークを「バースト検出器（burst detectors）」と呼んでいる。

ちなみに、前者のサブネットワークは、可能性として、錐体細胞＃１が少し休んでまた活動し始めたその瞬間に駆動されそうだから、同期検出器（coincidence detector）とSilberbergは呼んでいる。

---
４つ目は、Scanianiのグループからの研究で、そのバースト検出器的なサブネットワークが２/３層にも存在すると、Silberbergたちとほぼ同時期に報告している。

こちらは、電気生理と理論的なデータから、比較的少ない錐体細胞集団の活動で、大きな抑制性信号を生み出せそうだ、ということを主張している。

---
ちなみに、似た回路について、海馬の例、それから視床から大脳新皮質への入力部分の例も取上げている。

特に後者に関しては、SilberbergやKapferたちの言うサブネットワークは、新皮質内部の回帰性回路だけではなく、いわゆるフィードフォワード回路の中にもそういう要素があるということにつながる。

---
Functional role

ここでは、上の節で述べたサブネットワークの機能的側面を包括的に議論している。

ここでは、サブネットワークを２つのカテゴリーに分けている。

slow subcircuitsとfast subcircuits。

前者は、マルティノッティ細胞（広い意味でsomatostatin陽性細胞という理解が正しいです）が絡むサブネットワーク。

後者は、主にバスケット細胞とaxo-axonic細胞が絡むサブネットワーク。

前者は、錐体細胞＃１がバースト起こして、その途中から駆動される「バースト検出器」なので、スロー、ということになる。

---
スローな回路で、インターニューロンの軸索は、樹状突起で細胞体周辺ではないところに投射している。

そういう解剖学的な観点から、活動電位発生にともなって錐体細胞内で生じるカルシウムスパイクを効果的に制御する役割もあるのではないか、という可能性も議論している。（これは面白い）

さらに、そのスローな回路はフィードバックなのか、それともフィードフォワードなのか？ということも議論している。

---
Summary

まとめということで、ここまでの議論をまず簡潔にまとめている。

そして、インターニューロンは多様だから、明らかになってきたslow subcircuitsとfast subcircuitsは、もしかしたらポリシナプス性回路の両極的な特性をとらえているのかもしれない、と言っている。

そして後半、今後の課題・展望を述べている。

課題として以下の点を挙げている。

・発生中、この回路はどう変化（形成）していくのか？
・違う皮質領野でのサブネットワークの特性は何か？
・生理的条件で、これらのサブネットワークはどう駆動されるか？
・これらのサブネットワークは、異なる視床からの入力とどのように相互作用するのか？（例えば、１層に入力する視床からの入力を言っているのか？？）
・異なるサブネットワークでは、どんな可塑性のルールに従っているのか？

これらの問題に、従来の方法論に、光学や遺伝学的、そして計算論的方法を組み合わせながら、答えていく必要がある、と言っている。

最後に、ここで紹介したサブネットワークは、大脳新皮質の局所回路を調べていくための重要な「ツール」になるだろうと謳って締めくくっている。

---
個人的なコメント

ここ最近わかってきたサブネットワークのことがまとめられた良い総説だと思った。読みやすい。

Silberbergの挙げた課題を、彼が指摘していない問題点も含めてまとめなおすと、時間軸と空間軸の問題としてとらえると良いか？

まず、時間軸。
・短期（脳状態）
・短～中期（可塑性）
・発生
・老化
・進化（種間の差）

そして空間軸。
・層の差
・領野差
・他領域（視床や前脳基底部など）との相互作用

一応、それぞれの軸は、スケールアップするようにソートしてみた。

具体的な疑問としては、やはり生理的な条件下では？ということ。これは成体での研究と計算論が非常に重要になると思う。例えば、Silberbergたちの報告したサブネットワーク。錐体細胞＃１が発火し続けている文脈ではどう駆動されているのか？といった素朴な疑問。

それから、基本的には単一の皮質コラム内の話と思ってそう外れていないだろうから、所詮（！）、Blue Brain Project的な回路でしかない。けど、実際の脳では複数のコラム間の相互作用もある。さらに、視床を含めた皮質下の領域との相互作用もある。（さらに、グリアも？血流も？）

そういう点では、まだまだ理解していかないといけないことはたくさんある（はず）。

一方で、重要なエッセンスはわかってきている期待もあるから、Blue Brain Projectなどから、どういう予想が出てくるのか、というのも面白いだろうし、分子遺伝学を絡めた、生体内で回路をdissectしていく方向はさらに重要なテーマになるのだろう。

こういうことがわかっていかないと、例えば、外界の情報が入った時に単一ニューロンがｘｘｘｘという振る舞いをする、というそのメカニズムがわからないだろうし、そのｘｘｘｘが他のニューロンにどうやって情報を伝えながら脳が全体として情報を処理（伝播）していって、行動アウトプットをするのか（要は機能）がわかったことにはならない（という立場を私はとってます）。

単一ニューロンの活動から脳機能を知るこれまでの研究がブラックボックスにしてきたことを、こういう方向からの研究が明らかにしてくれるのではないか、という期待がある。（ある意味、行動心理学的な暗黒時代が明けつつあるという認識、それは言い過ぎか？？）

だから、こういう局所回路の研究はムチャクチャ大事、と討ち死に覚悟で人生をかけて頑張ってます。。。

---
紹介した論文
Curr Opin Neurobiol. 2008 Sep 17. [Epub ahead of print]
Polysynaptic subcircuits in the neocortex: spatial and temporal diversity.
Silberberg G.

---
過去エントリーのアーカイブ（いつかやろうと思っていた企画！）

Livedoor版アーカイブ

＜皮質コラム関連＞
皮質の解剖と機能
皮質コラムレベルの総説
新皮質における回帰性回路
DouglasとMartinのミニ総説
感覚野の層と機能～Gilbert, Ann. Rev. Neurosci. 1983～

＜Brechtたちの研究＞
感覚野の層と機能～４層 Brecht and Sakmann, JP 2002～
感覚野の層と機能～２／３層　Brecht, Roth, and Sakmann, JP 2003
感覚野の層と機能～５層Manns, Sakmann and Brecht JP 2004～

＜Hirschたちの研究＞
感覚野の層と機能～Hirsch JA, et al, 1998 JNS～
感覚野の層と機能～Martinez, et al. JP 2002～
感覚野の層と機能～Hirsch et al. JP 2002～
感覚野の層と機能～Hirsch et al. Nat Neurosci 2003～
感覚野の層と機能～Martinez et al. Nat Neurosci 2005～

＜２／３層中心＞
感覚野の層と機能～２/３層への入力特異性～
２/３層への興奮性入力について調べた研究プラスアルファ
スパースな興奮性活動による大抑制
上で紹介したKapferらの研究の解説

＜視床から主に４層＞
感覚情報を伝える回路のでき方
感覚情報を伝える回路の時間精度とそのカラクリ

視床から皮質、皮質内のネットワーク

＜５層プラスアルファ＞
細胞種の分類～McCormick et al. 1985～
５層というわけではないけど、以下の論文の基礎なのでこのカテゴリーに。
５層錐体細胞の分類～Chagnac-Amitai, et al., JCN 1990～
５層錐体細胞の分類～Mason&Larkman JNS 1990～
５層錐体細胞の分類～Larkman&Mason JNS 1990

暴走を抑えるネットワークモチーフ
SilberbergのNeuron論文。
持続活動を生み出すサブネットワーク
ノード特性とサブネットワーク
後半、２／３層と５層の結合について調べた話あり。

５層錐体細胞とオシレーション～Silva et al. Science 1991～

５層錐体細胞の遺伝子発現
多様性ネタ、ランダム変数、ポスター、開幕

＜６層＞
６層ニューロンの多様性

＜抑制性ニューロン関連＞
長距離の抑制結合、バカです
長距離の抑制結合　其の弐、by chance
長距離の抑制結合　其の参、ガンマに２１世紀社会学
長距離の抑制結合～Apergis-Schoute et al., JNS 2007～
＊一部のエントリーで、関係ないことも書いてますが、気にせず。。。

＜可塑性関連＞
感覚野の層と機能～層で違う学習能力 Diamond et al, Science 1994～
感覚野の層と機能～Ringach et al., Nature 1997～
感覚野の層と機能～Goel and Lee, JNS 2007～
マウス視覚野2/3層での可塑性

＜その他＞
覚醒中の膜電位と感覚応答
軸策間のギャップ結合
海馬CA2の抑制性細胞
ヒトの脳内ネットワークをグーグル的に調べつくすには？

Blogger版アーカイブ

＜抑制性細胞＞
個性豊かな抑制性ニューロンのルーツを探る：パート１、パート２、パート３
皮質GABA作動性ニューロンの多様性を語るために
シャンデリア細胞研究年表

＜局所回路一般＞
コネクトーム
ブレインボーでコネクトーム
第一期　青脳計画

＜その他＞
アセチルコリンとネットワーク

チリも積もれば山となる。。。
ここまで読まれた方、ありがとうございました。

update(3/10):
この分野を学ぶ場合、以下の本はよくまとまっていると思います。

意識の定義は必要！？

2008-10-24T18:46:00.003-04:00

新着のネイチャーに面白い記事が掲載されていた。
言葉の定義そのものが論争になっているいくつかのトピックが紹介されている。

paradigm shift

epigenetic

complexity

race

tipping point

stem cell

significant

そして
consciousness

（＊リンクはすべてwikipedia）

意識の項目、訳がわからないといえば訳がわからないけども、Edelman、Chalmers、Koch、Gazzanigaのコメントや主張も紹介されている。

Gazzaniga先生曰く

You don’t waste your time defining the thing. You just go out there and study it.

定義することに時間を浪費するな。そこからすぐに出て、研究せよ。
と。

人と議論するための最低限の定義を考えるくらいで十分で、その後はとにかく探求あるのみ、ということなのだろう。

言葉の中の心理

2008-10-18T15:37:00.004-04:00

気楽に。。。

ニューヨークタイムズ紙にテキサス大の心理学者Pennebakerの研究が紹介されていた。

この人は今、ある人が発する言葉とその人の感情との関係を調べているらしい。
言葉の分析方法はシンプルで、カテゴリーに分けた単語をどれくらいの頻度使ったか数えるだけ。

例えば、オサマ・ビン・ラディンとザワヒリの言葉の共通点と相違点を調べて、彼らの心理を分析した最近の研究が記事で紹介されている。

さらにこの人、その分析用プログラムを販売していたり、ブログまでやっている。

例えば、最新のエントリーでは、オバマさんとマケイン（あえて呼び捨て）のディベートの分析結果をネタにしている。そのまま論文のネタになりそうな、かなりハイデフィニションなエントリーである。

が、傾向は、前回、前々回のディベートと同じだったらしい。。。（やっぱり。。。）

---
思うに、この人の研究は、
感情→言葉
という流れがあるとしたら、その逆問題を解こう、ディコーディングしようという発想と表面的にはとらえられなくもない。

が、事情はそう単純ではなさそう。

というのはこの人、逆の、書く・話すことで精神面の改善も見られる、ということも謳っている。

愚痴を言うと気が晴れる、と言う人がいる事実が如実に物語っているか。。。

とにかく、彼のホームページのこちらで、そのアドバイスがある。
案外、ブログを続けるのは精神衛生上良いのかもしれない。。。

実験的に成り立つかわからないけど、自由に文章をタイプしてもらっている時の脳活動をMRIなどで測り続け、その文章の統計情報と脳活動との関係、その関係の時間的変化を見ていくのは面白いかも？と思った。

Pennebakerさんのこれまでの研究を脳活動として検証するという意味でも面白そう。

---
参考情報

MIND HACKSでもエントリーあり。

ちなみに、Pennebackerさんの他の研究として、昨年サイエンスに発表した「女性はおしゃべり」は正しくない、という研究もある。

GYさんのクオリア

2008-10-18T15:16:00.001-04:00

ブラインドサイトのGYさんのクオリアを調べた（尋ねた）Persaudたちの論文がConsciousness and Cognitionに掲載されていた。

クオリアの定義（以下の参考情報参照）をGYさんに知ってもらって、クオリアを感じるか尋ねたところ、（障害を負っている視野では）感じないとGYさんは答えたそうだ。

研究のポイントは、研究者たちがGYさんのクオリアについてああでもないこうでもないと議論するのではなく、GYさん自身にその定義を知ってもらった上で、クオリア体験の主観的レポートをしてもらったことか。

ちなみに、Resultsの大部分が、PersaudとGYさんの会話から構成されている。実験条件下でのクオリアについて尋ねたやり取りが興味深い。

一旦、あるのかないのか、曖昧な回答をしたにもかかわらず、最終的には否定的な答えをしている。
その最初の回答がなんだったのか、非常に気になる。

参考情報
Conscious Cogn. 2008 Sep;17(3):1046-9. Epub 2007 Dec 11.
Direct assessment of qualia in a blindsight participant.
Persaud N, Lau H.

今回の研究で、クオリアの定義としてGYさんに読んでもらった４つの文献・情報源
１．The Oxford Companion to the Mind

２．The Standord Encyclopedia of Philosophy

３．
Philosophical Quarterly. 1982 32:127–136.
Epiphenomenal qualia.
F. Jackson
PDF、本の章

４．
Consciousness explained. 1991
D. Dennett
wikipediaでの紹介

ついでとしてwikipediaのエントリーも。

＊実はこのエントリー、先週原稿だけ用意してボツにしたんですが、pooneilさんこと吉田さんたちの研究が新着のJournal of Neuroscienceに発表されたということで、それにあわせてアップすることにしました。（pooneilさん、おめでとうございます！）

その研究の詳細は生理学研究所のサイトで非常にわかりやすくまとめられています。