７ ． 「 脳単一ニュ ーロン活動の1/ fゆら ぎ」
から 学ぶ生命フ ラ ク チュ オマティ ク ス
<７ ． １ > 研究の出発点
<７ ． ２ > 脳単一ニュ ーロン活動の1/ f ゆら ぎと は
ノ ンレム睡眠、 脳の解毒過程
レム睡眠、 脳の再活性化過程
眼球に注意
実行系単一ニュ ーロン活動低周波ゆら ぎ交替現象の普遍性
S WS R E MS
大脳皮質 体性感覚野
海馬−P
視床 腹側基底核
中脳網様体 海馬−θ
大脳皮質１８野、６野(1995)
外側膝状体、 視床網様体(2000)
小脳(2001) Purkinje
ラット脳：
視床後腹側核(2004) 橋網様体(1993)
メ カ ニズムは？ ⇒ 脳内の広い範囲に影響のあるシステムが関与？
⇒ 大域的調節系？
(1990以前)
【 博物学と し てのフ ラ ク チュ オマティ ク ス】
作業仮説
アミ ン・ ニュ ーロン活動 実行系の安定化
その停止 ＆
アセチルコ リ ン・ ニュ ーロンの活性化 1/ f ゆら ぎ
↓
脳内セロトニンの合成阻害実験
（全身投与法による神経薬理学的実験）
神経薬理学的実験結果の解釈と 考察
・ 実行系ニュ ーロン活動の安定化に セロト ニン 系が参画
・ アセチルコ リ ン の存在は 1/f ゆらぎにとって必要条件
ノルアドレナリン系やヒスタミン系も関係し
調節系自体が相互作用している
↓
神経薬理学的手法だけでメ カ ニズムに迫るこ と は不可能
↓
シミ ュ レーショ ン実験の必要性
大域的調節系ニューロン
睡眠時の実行系 単一ニューロン活 を模擬する
相互結合型
ニュ ーロン
回路網モデル
実行系ニューロン
内的ノイズ
抑制入力
pattern memorized
of no total M
pattern memorized
th m of or
state s neuron th
i m
j i for
j i for m
N m w
neurons of
number N
N i
u for
u u for
g
t u g t
x
t h
t x w t
u
m i
M
m
m j m
i
ij
i i
N
j
i j
ij i
. :
) 1 0
( '
:
) 3 ( ,
0
), 1 2
)( 1 2
1 (
) :
( ...,
, 2 , 1
) 2 0 (
0 ,
1 , ) 0
(
)), 1 ( ( ) 1 (
) 1 ( )
1 ( )
( )
1 (
) (
1
) ( )
( 1
−
−
−
−
−
=
≠
−
−
=
=
−
−
−
−
−
−
−
−
−
−
−
−
−
≥ −
<
=
+
= +
−
−
−
−
−
−
−
−
− +
+
−
= +
∑
∑
=
= ε
M.Nakao, et al., Biol. Cybern., 1990
シミュレーションの結果
(M=30, σ ＝0.26, N= 100の場合)ｈ＝0. 4【弱抑制】 ｈ＝0. 5【強抑制】 脱抑制／活性化
低周波ゆらぎ交替現象のメカニズム：
ニューロン間相互作用ゆらぎ
活性化 ⇔ 弱体化
状態遷移 時系列 ( 代表的
ニューロン）
パワー スペクトル
M.Nakao, et al., Biol. Cybern., 1990
実行系単一ニューロン活動低周波ゆらぎ交替現象は
脳機能の本質をかたちつくっている！
ノンレムーレム睡眠、大域的調節系機能、意識、巨視的脳機能
1/f noise-like White noise -like
Basically white noise-like 低周波ゆらぎの
ダイナミクス
再活性化 ⇒ 回路維持創成機能 回復機能
解毒作用（井上） 環境対応
巨視的脳機能
夢見・創造的 鈍麻
晴朗・創造的 意識の状態
脳 機 能
脱抑制 ＆ 活性化 抑制
必要な部位を 活性化 その他は抑制 実行系に対する
大域的 制御機能
高 最低
高 コリン・ニューロンの
活動レベル
最低 減弱
高 アミン・ニューロンの
活動レベル 大
域 的 調 節 系
普遍的 普遍的 相互作用ゆらぎ 限局的
高 低
入力依存 活動レベル
実 行 系
ノンレム睡眠 レム睡眠 注意集中覚醒
