バイオ超越 - 脳神経マルチセルラバイオ計算の理解とバイオ超越への挑戦

文部科学省 科学研究費助成事業 「学術変革領域研究(A)」 2024〜2029年度

業績

2024年

論文

  1. Orthogonalization of spontaneous and stimulus-driven activity by hierarchical neocortical areal network in primates.
    Teppei Matsui, Takayuki Hashimoto, Tomonari Murakami, Masato Uemura, Kohei Kikuta, Toshiki Kato, Kenichi Ohki.
    Nature Communications 15, 10055 (2024).
    プレスリリース：脳自身が生み出す活動と外界からの入力による活動を大脳神経回路が分離する新しいメカニズムを解明
    DOI：10.1038/s41467-024-54322-x
  2. 仔魚用小型視覚誘発性眼球運動計測実験装置の開発
    三木 俊太郎, 谷本 昌志, 東島 眞一, 平田 豊
    電気学会論文誌Ｃ（電子・情報・システム部門誌）12(144), 1162-1163 (2024).
    DOI:10.1541/ieejeiss.144.1162
  3. Directional intermodular coupling enriches functional complexity in biological neuronal networks
    Nobuaki Monma, Hideaki Yamamoto, Naoya Fujiwara, Hakuba Murota, Satoshi Moriya, Ayumi Hirano-Iwata, Shigeo Sato
    Neural Networks, 106967 (2024).
    プレスリリース：指向性結合が生み出す神経ネットワークの複雑性 −マイクロ流体デバイスを用いた生体機能の再現と数理モデルの構築−
    DOI:10.1016/j.neunet.2024.106967
  4. Precision Microfluidic Control of Neuronal Ensembles in Cultured Cortical Networks
    Hakuba Murota, Hideaki Yamamoto, Nobuaki Monma, Shigeo Sato, Ayumi Hirano-Iwata
    Advanced Materials Technologies (2024).
    プレスリリース：マイクロ流体デバイスで哺乳類の大脳皮質を模倣した神経回路の再現に成功 ～脳機能を解明するツールへの応用に期待～
    DOI:10.1002/admt.202400894
  5. Prediction of unobserved bifurcation by unsupervised extraction of slowly time-varying system parameter dynamics from time series using reservoir computing.
    Keita Tokuda, Yuichi Katori.
    Frontiers in Artificial Intelligence 7, 1451926 (2024).
    DOI：10.3389/frai.2024.1451926
  6. 培養神経回路のネットワーク構造とリザバーコンピューティング
    住 拓磨, 山本 英明, 千葉 逸人, 香取 勇一, 平野 愛弓
    日本神経回路学会誌 31,  131-140 (2024).
    DOI：10.3902/jnns.31.131
  7. 空間識形成と予測的眼球運動制御を担う小脳・脳幹再帰的神経回路の情報処理
    平田 豊
    日本神経回路学会誌 31,  100-115 (2024).
    DOI：10.3902/jnns.31.100
  8. Detection of human drowsiness by the vestibulo-ocular reflex compensating for heartbeat-induced head perturbations
    Toshimi Yamanaka, Yutaka Hirata
    Scientific Reports, 14, 23737 (2024).
    DOI:10.1038/s41598-024-74202-0
  9. In silico modeling of reservoir-based predictive coding in biological neuronal networks on microelectrode arrays.
    Yuya Sato, Hideaki Yamamoto, Yoshitaka Ishikawa, Takuma Sumi, Yuki Sono, Shigeo Sato, Yuichi Katori and Ayumi Hirano-Iwata.
    Japanese Journal of Applied Physics 63, 108001 (2024).
    DOI 10.35848/1347-4065/ad7ec1
  10. 電気化学計測を用いた三次元細胞モデル系の評価
    平本 薫
    日本表面真空学会会誌 「表面と真空」67,  450-455 (2024).
    DOI：10.1380/vss.67.450
  11. ヒト幹細胞由来神経細胞を用いた神経回路形成と機能再生
    西村 周泰
    日本表面真空学会会誌 「表面と真空」67,  445-449 (2024).
    DOI：10.1380/vss.67.445
  12. 単一ニューロン培養標本を用いたシナプス機能の解析
    ―グリア細胞を基盤としたシナプス伝達システムと環境制御―
    桂林 秀太郎
    日本表面真空学会会誌 「表面と真空」67,  439-444 (2024).
    DOI：10.1380/vss.67.439
  13. 細胞とマイクロデバイスの組み合わせによる生体模倣システムの構築
    森本 雄矢
    日本表面真空学会会誌 「表面と真空」67,  433-438 (2024).
    DOI：10.1380/vss.67.433
  14. Multi-sensory integration is a perceptual process through which the brain synthesizes a unified
    Yoshihiro Yonemura, Yuichi Katori
    Frontiers in Computational Neuroscience, 18, 1464603 (2024).
    DOI:10.3389/fncom.2024.1464603
  15. Recent advances and applications of human brain models.
    Kaneyasu Nishimura, Hironobu Osaki, Kotaro Tezuka, Daisuke Nakashima, Shintaro Numata, Yoshito Masamizu.
    Frontiers in Neural Circuits 18, 1453958 (2024).
    DOI：10.3389/fncir.2024.1453958
  16. Healthy dietary choices involve prefrontal mechanisms associated with long-term reward maximization but not working memory.
    Ai Takehana, Daiki Tanaka, Mariko Arai, Yoshiki Hattori, Takaaki Yoshimoto, Teppei Matsui, Norihiro Sadato, Junichi Chikazoe, Koji Jimura.
    Cerebral Cortex 34, bhae302 (2024).
    DOI：10.1093/crecor/bhae302
  17. Ectopic burst induced by blockade of axonal potassium channels on the mouse hippocampal mossy fiber.
    Haruyuki Kamiya.
    Frontiers in Cellular Neuroscience 18, 1434165 (2024).
    DOI：10.3389/fncel.2024.1434165
  18. Learning capabilities to resolve tilt-translation ambiguity in goldfish
    Shin Tadokoro, Yusuke Shinji, Toshimi Yamanaka, Yutaka Hirata
    Frontiers in Neurology, 15 (2024).
    DOI:10.3389/fneur.2024.1304496
  19. Artificial cerebellum on FPGA: Realistic real-time cerebellar spiking neural network model capable of real-world adaptive motor control.
    Yusuke Shinji, Hirotsugu Okuno, Yutaka Hirata.
    Frontiers in Neuroscience 18, 1220908 (2024).
    DOI：10.3389/fncir.2024.1220908
  20. Location analysis of presynaptically active and silent synapses in single-cultured hippocampal neurons.
    Otoya Kitaoka, Kohei Oyabu, Kaori Kubota, Takuya Watanabe, Satoru Kondo, Teppei Matsui, Shutaro Katsurabayashi, Katsunori Iwasaki.
    Frontiers in Neural Circuits 18, 1358570 (2024).
    DOI：10.3389/fncir.2024.1358570
  21. Reservoir Computing-Based Mental Simulation for Direct Action Sequence Optimization
    Yoshihiro Yonemura, Yuichi Katori
    Nonlinear Theory and Its Applications, IEICE, 15, 421-431 (2024).
    DOI:10.1587/nolta.15.421
  22. Integrating predictive coding with reservoir computing in spiking neural network model of cultured neurons
    Yoshitaka Ishikawa, Takumi Shinkawa, Takuma Sumi, Hideyuki Kato, Hideaki Yamamoto, Yuichi Katori
    Nonlinear Theory and Its Applications, IEICE, 15, 432-442 (2024).
    DOI:10.1587/nolta.15.432

プレプリント

  1. Linear models replicate the energy landscape and dynamics of resting-state brain activity
    Yuki Hosaka, Takemi Hieda, Kenji Hayashi, Koji Jimura, Teppei Matsui
    bioRxiv 2024.05.21.595246 (2024)
    DOI:10.1101/2024.05.21.595246

招待講演

  1. ランダム入力を受けたニューロンスパイク列の統計解析
    保坂 亮介

    令和6年度第三回ブレインウェア工学研究会

  2. In Vitro Neuroengineering using Microfluidic Devices
    Hideaki Yamamoto, Ayumi Hirano-Iwata, Shigeo Sato
    AsiaNANO 2024 -Asian Research Network Korea- (2024年9月23-25日)
  3. 脳発生原理の理解による中脳ドパミン神経の誘導法の開発と病態解明および薬理学的再生医療への応用
    西村 周泰
    生体機能と創薬シンポジウム2024京都 (2024年8月29-30日)
  4. Structure and function in biological neuronal networks: Engineering approaches
    Hideaki Yamamoto
    THE INTERNATIONAL WORKSHOP ON COMPLEX SYSTEMS AND THEIR INTERDISCIPLINARY APPLICATIONS (2024年8月5-9日)
  5. Biological reservoir computing: Multicellular computing within biological neuronal networks
    Hideaki Yamamoto
    FENS 2024 Satellite Event "Cortical Neurons for Biological Computing" (2024年6月24日)
  6. Analog CMOS Implementation of Neuromorphic Hardware
    Satoshi Moriya
    Polytechnic University of Catalonia "Roundtable discussion on Biological and Electronic Neurons". (2024年6月17日)
  7. Using engineering tools to study the brain
    Hideaki Yamamoto
    Polytechnic University of Catalonia "Roundtable discussion on Biological and Electronic Neurons". (2024年6月17日)

受賞

  1. 日本薬学会薬理系薬学部会　奨励賞
    「脳発生原理の理解による中脳ドパミン神経の誘導法の開発と病態解明および薬理学的再生医療への応用」
    西村周泰
    日本薬学会薬理系薬学部会
  2. The 11th International Conference on Molecular Electronics & Bioelectronics (M&BE11)
    「In silico modeling of reservoir-based predictive coding in biological neuronal networks on multielectrode arrays」
    Yuya Sato, Hideaki Yamamoto, Yoshitaka Ishikawa, Takuma Sumi, Yuki Sono, Shigeo Sato, Yuichi Katori, Ayumi Hirano-Iwata
    The 11th International Conference on Molecular Electronics & Bioelectronics (M&BE11)
  3. 医療薬学フォーラム2024　優秀ポスター賞
    「脳に移植したヒトiPS細胞由来ドパミン神経細胞へのα-シヌクレインの領域間伝播の評価　-より安定な細胞移植療法に向けた検討-」
    西村周泰
    日本薬学会　医療薬科学部会
  4. 一般財団法人みやぎ産業科学振興基金　令和6年度研究奨励賞
    「半導体技術に基づく細胞操作とその神経科学応用に関する研究」
    山本英明
    一般財団法人みやぎ産業科学振興基金

アウトリーチ活動

  1. 「マイクロ流体デバイスで培養した神経細胞の3次元イメージング」(浜松ホトニクス)
    山本英明, 室田白馬
    浜松ホトニクス：マイクロ流体デバイスで培養した神経細胞の3次元イメージング
  2. 「仕事中にうとうと…突然の眠気、眼球から察知　中部大の研究チームが特定、応用に期待」(中日新聞)
    中山都史美, 平田豊
    中日新聞：仕事中にうとうと…突然の眠気、眼球から察知　中部大の研究チームが特定、応用に期待
  3. 「iPS細胞を使った脳研究〜どんな細胞？何ができる？〜」（出前授業）
    西村周泰
    出前授業（京都市立近衛中学校 PTAの家庭教育学級）, 2024年10月26日(土)
    京都市立近衛中学校：家庭教育学級「『本物』の実験器具を用いたサイエンスアート体験」
  4. 「工学xバイオx数学で拓く未来社会とSDGs」（出張講演）
    山本英明
    出張講演（北海道札幌市,市立札幌清田高等学校）, 2024年8月29日(木)
  5. すぐにわかる電気通信の未来(2)　豊かな遠隔コミュニケーションを目指す学際融合研究（YouTube）
    山本英明, 平野愛弓, 香取勇一
    YouTube・国立大学共同利用・共同研究拠点会議「すぐわかアカデミア。」, 2024年6月配信
    YouTube：すぐにわかる電気通信の未来(2)　豊かな遠隔コミュニケーションを目指す学際融合研究

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