下オリーブ核における情報伝達効率に関する一考察

摘要

The feedback error learning has been proposed by Kawato et al. (1987, 1992) as a learning scheme of cerebellum in the framework of internal model hypothesis. In this cerebellar learning, the inferior olive (10) plays a key role in transmitting the error signals at the Purkinje cells. However, the role of the inferior olive has been questionable because of its relatively low firing rate (～ 2 Hz). Schweighofer et al. (2004) constructed a network of 10 neurons based on a compartment model and found "chaotic resonance" phenomena, where chaotic activity induces desynchronized spikes among the neurons, which result in a highly efficient information transmission. The aim of the present study is to examine the chaotic resonance hypothesis by using a simple mathematical μ-model. Our simulation study shows that in addition to the chaotic resonance there exists an alternative regime where quasi-periodic activity of neurons enables an efficient information transfer.%脳における内部モデルの学習則として，フィードバック誤差学習が川人ら（1987，1992）によって提唱されている.ここで，下オリーブ核は誤差信号を登上線維へ伝送する主要器官と想定されているが，下オリーブ核ニューロンは発火頻度が数Hz程度と低く，十分な情報を含んだ誤差信号を伝搬する事ができるのか長年，疑問視されてきた.Schweighofer ら（2004）は生理データに基づいたコンパートメントモデルを用いて下オリーブ核のネットワークを構築し，シミュレーションを行なったところ，下オリーブ核のカオス的振る舞いがニューロン同士の非同期発火を引き起こし，ネットワーク仝体として効率的な情報伝搬を可能にすることを見いだし，「カオス共鳴」と名付けた.本研究では,少数自由度でパラメータ設定の単純な〃モデルを用いて下オリーブ核ニューロンのネットワークを構築し，カオス共鳴仮説の検証を行なった．非同期肘発火に着目したシミュレーションを行なった祐果，カオス的振る舞いが起こる結合強度領域に加え，これとは異る結合の弱い準周期解の領域においても，効率的な情報伝搬が可能であることが分った．