システム脳科学分野

神経計算部門 ＜Laboratory of Neurocomputation＞

部門長：松井　鉄平 ＜Teppei Matsui, Ph.D.＞

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私たちは眼で物を見て認識し、状況を解釈し、障害物を避けながら車を運転するといったような柔軟な行動をとることが出来ます。こういった行動を脳は簡単に成し遂げていますが、同じ機能を人工知能に実装することは未だに難しい課題です。私たちの研究室では、主に視覚的な認知機能について、神経回路による柔軟な情報処理の原理を明らかにしたいと考えています。
視覚的認知以外では、脳の自発的な活動に着目しています。脳はコンピューターと異なり、動物が何もしておらず感覚入力も無いような安静時でも、全体的かつ活発に活動しています。こうした自発活動は、発達の初期には神経回路の形成に役立つと考えられていますが、認知機能や疾患との関わりは未解明です。私たちの研究室では、脳の自発活動の詳細な時空間構造を明らかにし、認知機能との関わりや疾患における動態を理解したいと考えています。
こうした疑問に答えるために、動物実験による研究とデータサイエンス的研究を併用しながら進めていきます。実験的研究では特に光学イメージングによる神経活動計測と、分子生物学的手法による神経回路操作を活用します。データサイエンス的研究では、神経科学の大規模データベースに最新のAIによる手法や統計的手法を応用します。

研究テーマ

1. 脳による視覚情報処理の原理
2. 発達期、成体および病態における自発的脳活動の機能
3. AIやデータサイエンスを活用した大規模神経データ解析
4. 分子生物学および光学を駆使した神経回路解析

主要論文

1. Matsui, T., Koyano, K. W., Koyama, M., Nakahara, K., Takeda, M., Ohashi, Y., Naya, Y., Miyashita, Y. (2007) MRI-based localization of electrophysiological recording site within the cerebral cortex at single-voxel accuracy. Nature Methods 4(2), 161-168.
2. Matsui, T., Tamura, K., Koyano, K. W., Takeuchi, D., Adachi, Y., Osada, T., Miyashita, Y. (2011) Direct comparison of spontaneous functional connectivity and effective connectivity evoked by intracortical microstimulation: an fMRI study in macaque monkeys. Cerebral Cortex 21(10), 2348-2356.
3. Matsui, T., Ohki, K., (2013) Target dependence of orientation and direction selectivity of corticocortical projection neurons in the mouse V1. Frontiers in Neural Circuit 7, 143.
4. Matsui , T., Murakami, T., Ohki, K. (2016) Transient neuronal coactivations embedded in globally propagating waves underlie resting-state functional connectivity. Proceedings of the National Academy of Sciences 113(23), 6556-6551.
5. Matsui, T., Murakami, T., Ohki, K. (2018) Neuronal basis of the temoral dynamics of spontaneous BOLD activity correlation. Cerebral Cortex 29(4), 1496-1508.
6. Nishiyama M., Matsui, T., Murakami, T., Hagihara, K., Ohki, K*. (2019) Cell-Type Specific Thalamocortical Inputs Constrain Direction Map Formation in the Visual Cortex. Cell Reports 26(5), 1082-1088 e3.
7. Matsui, T., Taki M., Pham, TQ., Chikazoe, J., Jimura, K. (2021) Counterfactual Explanation of Brain Activity Classifiers Using Image-To-Image Transfer by Generative Adversarial Network. Frontiers in Neuroinfomatics 15, 802938.
8. Matsui, T., Hattori, Y., Tsumura, K., Aoki, R., Takeda, M., Nakahara, K., Jimura, K. (2022) Executive control by fronto-parietal activity explains counterintuitive decision behavior in complex value-based decision-making. Neuroimage 249, 118892.
9. Matsui, T., Pham, TQ., Jimura, K., Chikazoe, J. (2022) On co-activation pattern analysis and non-stationarity of resting brain activity. Neuroimage 249, 118904.
10. Murakami, T., Matsui, T., Uemura, M., Ohki, K. (2022) Modular strategy for development of the hierarchical visual network in mice. Nature 608(7923), 578-585.

メンバー

松井　鉄平（教授）：Teppei Matsui, Ph.D. (Principal investigator, Professor)
林　健二（准教授）：Kenji Hayashi, Ph.D. (Research associate professor)
李　鋭祥（助教）：Li Ruixiang, Ph.D. (Research assistant professor)

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