(57)【要約】【課題】多点の光刺激を用いることで、多数の脳領域の多数の神経細胞からの多数の投射先を効率的に同定する技術を提供すること。【解決手段】取得部５２は、２以上の記録サイト近傍に存在する多数の神経細胞から発生するスパイク信号を取得する。刺激制御部５１は、前記スパイク信号をもとに所定の方式に基づいて、２以上の投射先候補の中から１つを選び光刺激を照射するタイミングを決定する。管理部５３は、光刺激を与えた際に、当該光刺激の事前又は事後の所定の時間の全記録サイトにおけるスパイク信号を、アンチ応答、および、コリジョン応答に判別して取得する。アンチ応答管理部８１は、当該アンチ応答に関する情報を取得し管理する。コリジョン応答管理部８２は、当該コリジョン応答に関する情報を取得し管理する。優先度制御部５４は、アンチ応答情報及びコリジョン応答情報に基づいて優先度を修正決定する。【選択図】図３
2019024386.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の投射元細胞に対して、Ｋ個（Ｋは２以上の整数値）の投射先候補の中から、1以上の投射先を同定する投射先同定装置において、
所定の方式に基づいて、Ｌ個（Ｌは２以上の整数値）の記録サイト（Ｒ−１乃至Ｒ−Ｌ）で多数の神経細胞のスパイク信号を記録するスパイク信号取得手段と、
前記スパイク信号情報に基づいて投射先候補に刺激を与える効率的なタイミングを決定する刺激タイミング決定手段と、
投射先候補に刺激が与えられた際の、当該刺激の事前又は事後の所定の時間におけるスパイク信号情報に基づいて、前記投射先候補が真に投射先であるかどうかを判定する投射先判定手段と、
前記投射先判定手段の判定結果とスパイク信号情報に基づいて、前記刺激タイミング決定の仕方を修正する優先度制御手段と、
を備える神経細胞の投射先同定装置。
【請求項２】
前記優先度制御手段は、Ｍ（Ｍは、１以上の任意の整数値）チャンネルのスパイク波形空間における優先度関数により前記優先度を制御する、
請求項１に記載の神経細胞の投射先同定装置。
【請求項３】
前記Ｍチャンネルのスパイク波形空間とは、４チャンネルのスパイク波形空間である、
請求項２に記載の神経細胞の投射先同定装置。
【請求項４】
投射先同定装置が実行する神経細胞の投射先同定方法であって、
所定の優先度により選択された投射先候補に光刺激を与えた際に、当該光刺激の事前又は事後の所定の時間の当該細胞に関する情報を、細胞記録情報として取得する細胞記録情報取得ステップと、
前記細胞記録情報を少なくとも含む情報に基づいて、アンチ応答又はコリジョン応答を判定する応答判定ステップと、
前記細胞記録情報及び前記応答判定手段で判定された結果を少なくとも含む情報に基づいて、前記優先度を修正する優先度制御ステップと、
を含む神経細胞の投射先同定方法。
【請求項５】
コンピュータに、
所定の優先度により選択された投射先候補に光刺激を与えた際に、当該光刺激の事前又は事後の所定の時間の当該細胞に関する情報を、細胞記録情報として取得する細胞記録情報取得ステップと、
前記細胞記録情報を少なくとも含む情報に基づいて、アンチ応答又はコリジョン応答を判定する応答判定ステップと、
前記細胞記録情報及び前記応答判定手段で判定された結果を少なくとも含む情報に基づいて、前記優先度を修正する優先度制御ステップと、
を含む制御処理を実行させるプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、投射先同定装置、投射先同定方法及びプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、てんかん、アルツハイマー病等の神経系の疾患は、治療の困難な疾患として知られており、その病態の解明が強く望まれている。
この点、これらの神経系の疾患の病態解明を目指した基礎研究の１つとして、神経細胞の投射先を同定するための技術の開発が提案されている（例えば特許文献１）。
特許文献１の記載の技術によれば、経シナプス的逆行性に移行する機能を部位特異的ＤＮＡ組み替え酵素に付与し神経細胞内に導入することで、神経細胞の投射先等を同定することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−２０８３０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述の特許文献１に記載の技術を含めて従来技術では、単一の投射先を同定することができるに過ぎず、近傍に存在する多数の神経細胞からの多数の投射先を効率的に同定するには、不十分であるとの指摘もあった。
また、上述の特許文献１に記載の技術では、神経細胞が送受信するミリ秒単位の機能的なスパイク信号を検出する技術ではなく、投射先を同定してもその投射がどのように機能するのかを解明することはできないとの指摘もあった。
【０００５】
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、多点のスパイク信号記録と多点の刺激を用いることで、多数の脳領域の多数の神経細胞からの多数の投射先を効率的に同定し、同定した神経細胞のスパイク信号の解析を可能にすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明の一態様の神経細胞の投射先同定装置は、
所定の投射元細胞（例えば図４の記録細胞Ｎ１乃至Ｎ３）に対して、Ｋ個（Ｋは２以上の整数値）の投射先候補（例えば図４の刺激サイトＳ−１乃至Ｓ−Ｋ）の中から、1以上の投射先を同定する投射先同定装置において、
所定の方式に基づいて、Ｌ個（Ｌは２以上の整数値）の記録サイト（Ｒ−１乃至Ｒ−Ｌ）で多数の神経細胞のスパイク信号を記録するスパイク信号取得手段と、
前記スパイク信号情報に基づいて投射先候補に刺激を与えるタイミングを決定する刺激タイミング決定手段と、
投射先候補に刺激が与えられた場合に、当該刺激の事前又は事後の所定の時間におけるスパイク信号情報に基づいて、前記投射先候補が真に投射先であるかどうかを判定する投射先判定手段と、
前記投射先判定手段の判定結果とスパイク信号情報に基づいて、前記刺激タイミング決定の仕方を修正する優先度制御手段と、
を備える。
【０００７】
本発明の一態様の神経細胞の投射先同定方法及びプログラムも、本発明の一態様の神経細胞の投射先同定装置に対応する方法及びプログラムとして提供される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、多点のスパイク信号記録と多点の刺激を用いることで、多数の脳領域の多数の神経細胞からの多数の投射先を効率的に同定することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施形態に係る情報処理システムの構成の一例を示すブロック図である。
【図２】図１の情報処理システムのうち投射先同定装置のハードウェア構成の一例を示すブロック図である。
【図３】図２の投射先同定装置の機能的構成の一例を示す機能ブロック図である。
【図４】刺激１回あたりの効率を最適化する図の一例を示す図である。
【図５】効率的なアンチ応答の取得に関する図の一例を示す図である。
【図６】効率的なコリジョン成功応答の取得する優先度制御の一例を示す図である。
【図７】図２の投射先同定装置により実行される投射先同定処理の流れを説明するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
ここで、本発明の一実施形態について説明するにあたり、その前提となる技術について、簡単に説明を行う。
（１）多チャンネル記録及びスパイクソーティング技術
多チャンネル記録及びスパイクソーディング技術は、ステレオマイクの原理で複数電極の検出強度の違いを用いて、各神経細胞由来のスパイク信号をより分ける技術である。なお、通常は、４チャンネルの記録波形が取得され、４チャンネルのパターン空間でクラスタリングが実行される。
この多チャンネル記録及びスパイクソーディング技術のみでは、スパイク信号の発生源である神経細胞の選り分けはできるものの、各細胞の投射先は分からないとの問題があった。
（２）スパイク衝突同定法
スパイク衝突同定法は、神経細胞の投射先を電気刺激することにより、逆行性（本来のスパイク信号の流れと逆向き）のスパイクを検出する。また、スパイク衝突同定法は、自発的に発生するスパイクを検出し、先回りして投射先を刺激することにより、途中で順行性のスパイクと逆行性のスパイクが衝突して消滅することを確認し、投射元の神経細胞と投射先の位置が確かに直接つながっていることを確認する。
このスパイク衝突同定法は、投射元の神経細胞と投射先位置がマッチする確率が低く、投射先を同定する効率が悪いとの指摘があった。
（３）遺伝子改変技術を用いた同定法
遺伝子改変したウイルス感染を用いた同定法は、記録サイトで細胞を同定できる機能分子を発現する遺伝子を組み込んだウイルスを投射先に注入し逆行性に感染させて、同定する技術である。同様の機能分子があらかじめ発現している遺伝子改変動物を使っても実現できる。
なお、発現させる機能分子は、特に限定されないが、例えば光遺伝学としてよく用いられるＣｈＲ２（チャネルロドプシン）が採用される。この場合、青色光を照射することで神経細胞に容易にスパイクを発生させることができ、青色光照射とスパイク信号記録を同時に行うことで、投射先を同定しながら、スパイク信号を記録することができる。
励起される光波長が異なる機能分子を用いて、複数の投射先を同定することは原理的に可能ではあるが、光波長帯域の限界から、多数の投射先を同定することは困難であるとの指摘があった。
本発明の一実施形態に係る投射先同定装置は、これらの前提となる技術を適宜利用、応用して、多数の神経細胞からの多数の投射先を効率的に同定することができる。
【００１１】
次に、本発明の一実施形態で用いられる専門的な用語の意味について簡単に説明する。
本実施形態で用いる専門的な用語の意味は、以下の通りである。これらの用語を、適宜、使用して、以下、説明していく。
順行性スパイクとは、神経細胞の細胞体から発生するスパイクであり、電気的な信号が、その投射先に伝達される。即ち、自発的に発生するスパイクは、順行性スパイクである。
逆行性スパイクとは、投射先を刺激することによって発生するスパイクで、通常とは逆向きに細胞体まで伝達される。
記録サイトとは、神経細胞の細胞体に発生したスパイクを記録する場所。同一の脳領域であっても複数の記録サイトを想定する。
ただし、本実施形態では、４チャンネルを組にしたテトロード電極を想定するが、本技術の適用は、細胞体のスパイクを記録できれば、その方法は問わない。
刺激サイトとは、刺激をする場所。そこに投射している神経細胞のスパイクが記録サイトの中のどれかで記録できれば、投射先を同定した記録ができる。同一脳領域にも複数の刺激サイトを想定する。
本実施形態では、光遺伝学による光刺激を想定するが、逆行性スパイクを起こすことができれば、その方法は問わない。
テトロードとは、４チャンネルを組にした電極。ステレオマイクの原理で周辺のどの神経細胞からスパイクが発生したのかを選別することができる。
刺激応答とは、ある刺激サイトを刺激することによって得られる、ある記録サイトの４チャンネルの電位波形。この中に含まれるスパイクが逆行性スパイクかどうかも分からない。刺激応答のうち、アンチ応答又はコリジョン応答の条件を満たすものをアンチ応答又はコリジョン応答という。
アンチ応答とは、刺激前の一定期間には自発的なスパイクが起きていないときの刺激応答。順行性スパイクと衝突する可能性のない刺激応答で、逆行性スパイクがある場合に、確実にその逆行性スパイクを観測するための応答をいう。
アンチ候補スパイクとは、アンチ応答中に再現性よく観測されるスパイク。
コリジョン応答とは、刺激前の一定期間に自発的なスパイクが一発だけ生じていた時の刺激応答。その自発的スパイクが順行性に伝達し、衝突して、アンチ応答に見えていたアンチ候補スパイクが消えた場合をコリジョン成功応答といい、消えなかった場合をコリジョン失敗応答という。逆行性スパイクかどうか、判定するための応答である。
標的スパイクとは、コリジョン応答を取るために、標的とする自発的なスパイク。標的スパイクだけが一定期間に生じていた時に刺激を行いコリジョン応答を取得することができる。
本実施形態における、投射先同定装置３は、所定の投射元細胞（例えば図４の記録細胞Ｎ１，Ｎ２，Ｎ３）に対して、Ｋ個（Ｋは２以上の整数値）の投射先候補（例えば図４の刺激サイトＳ−１，Ｓ−２）の中から、１以上の投射先を同定する。
【００１２】
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。
図１は、本発明が適用される情報処理システムの構成の一例を示す構成図である。
【００１３】
図１に示す情報処理システムは、多細胞記録装置１と、多点光刺激装置２と、投射先同定装置３と、を含むように構成される。
ここで、多細胞記録装置１と多点光刺激装置２は、投射先同定装置３と、パラレルケーブルＣ−１、Ｃ−２を介してそれぞれ接続されている。なお、パラレルケーブルＣ−１、Ｃ−２は、必須の構成要素ではなく、シリアルケーブル等の有線通信のほか、Ｂｌｕｅ  Ｔｏｏｔｈ（登録商標）等の近距離無線で通信してもよい。
【００１４】
多細胞記録装置１は、複数の記録サイトＲ−１乃至Ｒ−Ｌ（Ｌは、２以上の任意の整数値）で近傍の多数の神経細胞で発生するスパイク信号を記録する装置を備えている。
多点光刺激装置２は、複数の刺激サイトＳ−１乃至Ｓ−Ｋ（Ｋは、２以上の任意の整数値）で光刺激する装置を備えている。なお、多細胞記録装置１は測定したスパイク信号に係る電気信号等の情報（以下、「細胞記録情報」と呼ぶ）、を投射先同定装置３に送信する。
【００１５】
多点光刺激装置２は、特定の波長の光（例えば青色光等）を照射することができる光照射装置である。
ここで、本実施形態では、実験に使用する遺伝子改変動物として脳全体にＣｈＲ２を発現しているラットが採用されている（例えば、従来技術「（３）遺伝子改変したウイルス感染を用いた同定法」を参照）。
即ち、多点光刺激装置２は、任意の神経細胞に対して、青色光を照射することで、人為的にスパイクを発生させることができる。
【００１６】
多細胞記録装置１は、例えば、多点電極（シリコンプローブ等）であり、多数の神経細胞のスパイク信号を測定することができる。
ここで、この多細胞記録装置１と多点光刺激装置２とは、投射先同定装置３を通じて、組み合わせて利用することが可能である。
つまり、これらを組み合わせて使用することで、多数の光刺激と多数の記録サイトの組み合わせ解析することが可能となり、結果として、多数の脳領域間で伝達されるスパイク信号を効率的に同時に同定することができる（例えば、従来技術「多チャンネル記録及びスパイクソーティング技術」、「（２）スパイク衝突同定法」を参照）。
【００１７】
続いて、投射先同定装置３のハードウェア構成について説明していく。
図２は、図１の情報処理システムのうち投射先同定装置３のハードウェア構成の一例を示すブロック図である。
【００１８】
投射先同定装置３は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）２１と、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）２２と、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）２３と、バス２４と、入出力インターフェース２５と、出力部２６と、入力部２７と、記憶部２８と、通信部２９と、ドライブ３０と、を備えている。
【００１９】
ＣＰＵ２１は、ＲＯＭ２２に記憶されているプログラム、又は、記憶部２８からＲＡＭ２３にロードされたプログラムに従って各種の処理を実行する。
ＲＡＭ２３には、ＣＰＵ２１が各種の処理を実行する上において必要なデータ等も適宜記憶される。
【００２０】
ＣＰＵ２１、ＲＯＭ２２及びＲＡＭ２３は、バス２４を介して相互に接続されている。このバス２４にはまた、入出力インターフェース２５も接続されている。入出力インターフェース２５には、出力部２６、入力部２７、記憶部２８、通信部２９及びドライブ３０が接続されている。
【００２１】
出力部２６は、ディスプレイやプリンタ、スピーカ等で構成され、各種情報を画像や印刷物、音声として出力する。例えば、本実施形態では、同定された夫々の神経細胞の投射先を示す結果をディスプレイ等に表示する。
入力部２７は、キーボードやマウス、タッチパネル等で構成され、各種情報を入力する。
【００２２】
記憶部２８は、ハードディスクやＤＲＡＭ（Ｄｙｎａｍｉｃ  Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）等で構成され、各種データを記憶する。
通信部２９は、ネットワーク等を介して他の端末との間で行う通信を制御する。例えば、本実施形態では、パラレルケーブルＣ−１、Ｃ−２（図１）を介して多細胞記録装置１や多点光刺激装置２との間で行う通信を制御する。
【００２３】
ドライブ３０には、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、或いは半導体メモリ等よりなるリムーバブルメディア３１が適宜装着される。ドライブ３０によってリムーバブルメディア３１から読み出されたプログラムは、必要に応じて記憶部２８にインストールされる。
また、リムーバブルメディア３１は、記憶部２８に記憶されている各種データも、記憶部２８と同様に記憶することができる。
【００２４】
このようなハードウェア構成を有する投射先同定装置３は、後述する投射先同定処理の実行をするにあたり、次のような機能的構成を有する。そこで、投射先同定装置３の機能的構成について説明する。
なお、投射先同定処理とは、投射先候補となる刺激サイトへの光刺激および当該光刺激に対する全ての記録サイトの応答（スパイク信号）を測定し、その結果から、次に光刺激を与える刺激サイトとタイミングを決定するというプロセスを繰り返し、効率的に多数の神経細胞の多数の投射先を同定する一連の処理をいう。
【００２５】
図３は、図２の投射先同定装置３の機能的構成の一例を示す機能ブロック図である。
投射先同定装置３のＣＰＵ２１においては、刺激制御部５１と、取得部５２と、管理部５３と、優先度制御部５４と、出力情報生成部５５と、が機能する。
【００２６】
刺激制御部５１は、所定の方式に基づいて、Ｋ個（Ｋは２以上の整数値）の投射先候補に対して与える光刺激を照射するタイミングを決定する。
また、刺激制御部５１は、全ての記録サイトで記録されている一定期間の細胞記録情報を取得部５２から受け取り、それを元に各刺激サイトの優先度を毎時刻計算する。ある刺激サイトで一定の優先度を超えたタイミングでその刺激サイトに対して光刺激を与える指令を多点光刺激装置２に送信する。
また、刺激制御部５１は、適宜、後述する優先度制御部５４から優先度についての制御を受ける。優先度制御部５４による優先度制御の方法については、図４以降の図を用いて、説明する。
【００２７】
取得部５２は、全ての記録サイトの細胞記録情報を毎時刻取得し更新しながら、過去一定期間分の細胞記録情報を保持し、刺激制御部５１に送る。また、取得部５２は、光刺激を与えられた場合に、当該光刺激の事前又は事後の所定の時間における全記録サイトの細胞記録情報を細胞記録情報ＤＢ３００に格納する。
【００２８】
管理部５３には、アンチ応答管理部８１と、コリジョン応答管理部８２と、が設けられる。
アンチ応答管理部８１は、刺激制御部５１で決定された優先度及び細胞記録情報ＤＢ３００から取得された細胞記録情報にアンチ応答が記録されていた場合には、当該アンチ応答に関する情報（以下、「アンチ応答情報」と呼ぶ）を取得し、管理する。
具体的には、順行性スパイクと衝突する可能性のない刺激応答で、逆行性スパイクがある場合に、確実にその逆行性スパイクを観測するための応答が細胞記録情報に記録されていた場合には、その情報を取得し、管理する。
コリジョン応答管理部８２は、細胞記録情報ＤＢ３００から取得された細胞記録情報にコリジョン応答が記録されていた場合には、当該コリジョン応答に関する情報（以下、「コリジョン応答情報」と呼ぶ）を取得し、管理する。
具体的には、自発的スパイクが順行性に伝達し、衝突して、アンチ応答に見えていたアンチ候補スパイクが消えるかどうかで逆行性スパイクかどうかを判定するための応答が細胞記録情報に記録されていた場合には、その情報を取得し、管理する。
なお、アンチ応答管理部８１とコリジョン応答管理部８２の夫々は、出力情報生成部５５に出力すべき情報を送信する。
【００２９】
優先度制御部５４は、細胞記録情報及び応答判定手段で判定された結果（例えばアンチ応答情報及びコリジョン応答情報）の少なくとも一方に基づいて、優先度を修正決定する制御を実行する。
即ち、優先度制御部５４は、アンチ応答管理部８１で管理されているアンチ応答に関する情報、コリジョン応答管理部８２で管理されているコリジョン応答に関する情報のうちの少なくともいずれか１つの情報に基づいて、優先度を修正決定する制御を実行する。
【００３０】
出力情報生成部５５は、出力部２６のディスプレイ等に出力される各種情報（例えば同定された神経細胞の投射元と神経細胞の投射先についての情報等）を生成する制御を実行する。
続いて、上述した刺激制御部５１、取得部５２、アンチ応答管理部８１、コリジョン応答管理部８２等の詳細な機能について、図４及び図５を用いて詳細に説明する。
【００３１】
図４は、刺激１回あたりの効率を最適化する図の一例を示す図である。
図４（ａ）を見ると、例えば、刺激サイトＳ−１、Ｓ−２を刺激して、記録サイトＲ−１乃至Ｒ−４で細胞記録情報が取得される例が示されている。
図４（ａ）の例では、多点光刺激装置２は、複数の刺激サイトＳ−１、Ｓ−２に対して、光刺激を与える。これに対して、多細胞記録装置１は、複数の記録サイトＲ−１乃至Ｒ−４において、細胞記録情報を取得する。
なお、１つの脳領域に、必ずしも１か所の刺激サイトのみを設定する必要はなく、複数の刺激サイトを設定することもできる。また、同様に、１つの脳領域において、複数の記録サイトを設定することもできる。
【００３２】
ここで、本実施形態では、神経細胞の投射先を同定するための方法として、上述した「（２）スパイク衝突同定法」を採用してもよい。
即ち、従来技術「（２）スパイク衝突同定法」で上述した通り、刺激サイトＳ−１乃至Ｓ−Ｋへの電気刺激により発生した逆行性スパイクを記録サイトＲ−１乃至Ｒ−Ｌで検出する。そして、自発的に発生するスパイクを検出して、先回りして刺激サイトを刺激することにより、途中で順行性のスパイクと逆行性のスパイクとが衝突して消滅することを確認し、投射元の神経細胞と投射先の位置が確かに直接つながっていることを確認する。
なお、本実施形態では、従来の「（２）スパイク衝突同定」で用いられる電気刺激と異なり、多数の刺激サイトで広範囲の光刺激を神経系にダメージを与えることなく実行することが可能である。
また、本実施形態では、多数の記録サイトで同時に細胞記録情報を取得することができる。そのため、本実施形態では、多数の神経細胞の多数の投射先を効率的に同定することができる。
【００３３】
このようにして、ある刺激サイト（図４のＳ−１）を光刺激した前後に、ある記録サイト（図４のＲ−２）のあるチャンネルで取得された細胞記録情報の詳細は、図４（ｂ）及び図４（ｃ）に示される。
図４（ｂ）上図は、典型的なアンチ応答の波形を示す。即ち、自発的なスパイクが起きていない場合において、刺激サイトを刺激することによって生じた逆行性スパイクが、そのまま観測されている（ＳＰ１を参照）。
他方、図４（ｂ）下図は、典型的なコリジョン成功応答を示す。即ち、自発的なスパイクが順行性に伝達しているため、刺激サイトへの刺激によって生じた逆行性スパイクと衝突して、アンチ応答に見えていたアンチ候補スパイクの消失が観測されている（ＳＰ２参照）。
以上をまとめると、記録サイトＲ−２で自発的に発生するスパイクが一定期間で１発だけ検出され、先回りして刺激サイトＳ−１に刺激を与えることにより、コリジョン成功応答が確認されれば、その自発的なスパイクを発した神経細胞が刺激サイトＳ−１に直接投射していることを確認することができる。
一方で、図４（ｃ）下図は、典型的なコリジョン失敗応答を示す。アンチ応答に見えていたアンチ候補スパイクの消失が確認できなければ（ＳＰ４参照）、その自発的スパイクを発した神経細胞は刺激サイトＳ−１に直接つながっていないことを確認することができる。
ただし、図４（ｃ）上図のように、一定期間に複数の神経細胞からスパイクが自発的に発生した場合に、先回りして刺激サイトを刺激しアンチ候補スパイクの消失が確認できたとしても（ＳＰ３参照）、どの自発的なスパイクによって消失したかわからないため、複数の自発的スパイクが発生した場合には光刺激を控える必要がある。
【００３４】
続いて、図５は、効率的なアンチ応答の取得に関する図の一例を示す図である。
図５（ａ）を見ると、例えば、ある刺激サイトＳ−１を刺激して、全ての記録サイトＲ−１乃至Ｒ−Ｌで細胞記録情報が取得される例が示されている。
【００３５】
ここで図５（ｂ）を見ると、一例として、記録サイトＲ−１乃至Ｒ−５で取得された細胞記録情報の一例が示されている。なお、この図では、本来、各４チャンネルある記録波形を各１チャンネル分だけ表示している。これを見ると、図５（ｂ）の例では、記録サイトＲ−１乃至Ｒ−４で一定期間スパイク信号が発生していない。そのようなタイミングを刺激制御部５１で検知し、投射先候補に光刺激を与えることにより、４つの記録サイトで一度にアンチ応答を取得することができている。このようにできるだけ多くの記録サイトで一定期間スパイク信号が発生していないタイミングで光刺激することにより、効率的にアンチ応答を取得することができる。
なお、取得したデータは、細胞記録情報ＤＢ３００に保管され、アンチ応答管理部８１で管理される。
【００３６】
ここで、図５（ｃ）は、各刺激サイトと各記録サイトの組み合わせで、それぞれアンチ応答を効率的に取得することを示す図である。
【００３７】
アンチ応答管理部８１は、各刺激サイトと各記録サイトの組み合わせで、所定の必要回数に至るまでアンチ応答を取得する。
また、アンチ応答管理部８１は、各組み合わせにおける残りの必要回数を刺激制御部５１に送り、刺激制御部５１は残りの必要回数が多い組み合わせを優先して、光刺激を実行する。
【００３８】
さらに、アンチ応答管理部８１は、刺激サイトと記録サイトの全ての組み合わせで、所定の必要回数のアンチ応答取得を完了すると、各組み合わせのアンチ応答に再現性よく観測されるスパイクを検出し、アンチ候補スパイクとする。
アンチ応答管理部８１は、このようなアンチ応答のばらつきを元に、アンチ候補スパイクの消失判定基準を決定し、コリジョン応答管理部８２に伝達する。
また、アンチ応答管理部８１は、アンチ候補スパイクの４チャンネル波形を優先度制御部５４に伝達し、優先度制御の初期値設定に用いる。優先度制御部５４における優先度制御を、図６及び図７を用いて、簡単に説明する。
【００３９】
図６は、効率的なコリジョン成功応答の取得する優先度制御の一例を示す図である。図６は、例えば、ある刺激サイトと記録サイトの組み合わせのアンチ応答において検出されたアンチ候補スパイクに関する優先度制御を４チャンネルスパイク波形空間に示した図である。図６（ａ）において、白丸で表した点は、アンチ候補スパイクの４チャンネル波形を表している。４チャンネル波形がアンチ候補スパイクに似ている自発的スパイクが発生した場合、同一の神経細胞から発生した可能性が高い。したがって、そのような自発的スパイクを標的として先回りして光刺激を実行すれば、コリジョン成功応答が得られる可能性が高い。アンチ候補スパイクに似た４チャンネル波形を標的スパイクとするため、アンチ候補スパイクの４チャンネル波形の周りの優先度を上げる（灰色領域）。このような４チャンネル波形空間上の優先度関数（灰色領域）をすべてのアンチ候補スパイクに関して計算し、刺激制御部５１に伝達する。
刺激制御部５１は、優先度制御部５４から受け取った優先度関数をもとに、すべての記録サイトＲ−１乃至Ｒ−Ｌで自発的スパイクを検出し、ある記録サイトで一定期間に他に自発的スパイクがない場合に、しかも、その波形が一定以上の優先度をもつようなアンチ候補スパイクがあった場合に、そのアンチ候補スパイクを生じさせた刺激サイトを刺激する。すべての記録サイトＲ−１乃至Ｒ−Ｌでその前後の細胞記録情報を取得部５２で取得し、細胞記録情報ＤＢ３００に保管し、コリジョン応答管理部８２に送る。
コリジョン応答管理部８２は、アンチ候補スパイクの消失判定基準を元に、すべての記録サイトＲ−１乃至Ｒ−Ｌで得られた細胞記録情報がコリジョン成功応答（図４（ｂ）下図）か、コリジョン失敗応答（図４（ｃ）下図）か、それ以外か判定する。そして、コリジョン成功応答、および、コリジョン失敗応答と判定された細胞記録情報の自発的スパイクの４チャンネル波形を優先度制御部５４に送る。
図６（ｂ）は、コリジョン成功応答と判別された場合の優先度制御を示した図である。白丸はコリジョン成功応答と判別されたときの自発的スパイクの４チャンネル波形を表す。コリジョン成功応答と判別されたため、この自発的スパイクに似た波形をしたスパイクがまた発生すれば、そのスパイクを標的として光刺激をすることで、またコリジョン成功応答が得られる可能性が高い。そのため、この自発的スパイク波形の周辺の優先度を上げる（灰色領域の追加）。
図６（ｃ）は、コリジョン失敗応答と判別された場合の優先度制御を示した図である。白丸はコリジョン失敗応答と判別されたときの自発的スパイクの４チャンネル波形を表す。コリジョン失敗応答と判別されたため、この自発的スパイクに似た波形をしたスパイクがまた発生すれば、そのスパイクを標的として光刺激をしても、またコリジョン失敗応答が得られる可能性が高い。そのため、この自発的スパイク波形の周辺の優先度を下げる（灰色領域の減少）。
優先度関数を更新した結果は、刺激制御部５１に送られ、引き続き優先度関数にもとづいて光刺激をする刺激サイトとそのタイミングを決定する。
【００４０】
図６（ｄ）は、効率的なコリジョン成功応答の取得する図の一例を示す図であり、並列的に優先度を制御し、リアルタイムに標的スパイクを探索する場合の例を示す図である。
【００４１】
図６（ｄ）を見ると、記録サイトＲ−１乃至Ｒ−Ｌと刺激サイトＳ−１乃至Ｓ−Ｋのすべての組み合わせにおいて、検出されたアンチ候補スパイクに対して、優先度関数を並列的に処理する一例が示されている。
このように、本実施形態において、投射先同定装置３は、多数の記録サイトから並列的に細胞記録情報取得することができるため、優先度の算出についても並列的にリアルタイムで実行することができる。
そのため、投射先同定装置３は、多数の神経細胞の多数の標的スパイクをリアルタイムに探索することができる。
【００４２】
図７は、図２の投射先同定装置３により実行される投射先同定処理の流れを説明するフローチャートである。
【００４３】
ステップＳ１において、取得部５２は、全ての記録サイトの細胞記録情報を毎時刻取得し更新しながら、過去一定期間分の細胞記録情報を保持し、刺激制御部５１に送る。
【００４４】
ステップＳ２において、刺激制御部５１は、所定の方式に基づいて、Ｋ個（Ｋは２以上の整数値）の投射先候補に対して与える光刺激を照射するタイミングを決定する。
【００４５】
ステップＳ３において、刺激制御部５１は、光刺激が与えられたかどうか判断する。
光刺激が与えられていない場合には、ステップＳ３において、ＮＯと判定されて、処理はステップＳ１に戻される。
これに対して、光刺激が与えられている場合には、ステップＳ３において、ＹＥＳと判定されて、処理はステップＳ４へ進む。
そして、ステップＳ４において、アンチ応答管理部８１は、当該アンチ応答に関する情報を、アンチ応答情報として取得し、管理する。
【００４６】
ステップＳ５において、アンチ応答管理部８１は、アンチ応答の取得数が所定の必要回数に至ったか否かを判断する。
必要回数に至っていない場合には、ステップＳ５において、ＮＯと判定されて処理はステップＳ１に戻される。
これに対して、必要回数に至っている場合には、ステップＳ５において、ＹＥＳと判定されて処理はステップＳ６へ進む。
そして、ステップＳ６において、アンチ応答管理部８１は、アンチ候補スパイクの検出と消滅の判断基準の設定を行い、コリジョン応答管理部８２と優先度制御部５４に、所定の情報を送る。
【００４７】
ステップＳ７において、優先度制御部５４は、アンチ候補スパイクの波形をもとに優先度関数の初期設定をし、その情報を刺激制御部５１に送る。
【００４８】
ステップＳ８において、取得部５２は、全ての記録サイトの細胞記録情報を毎時刻取得し更新しながら、過去一定期間分の細胞記録情報を保持し、刺激制御部５１に送る。
【００４９】
ステップＳ９において、刺激制御部５１は、全ての記録サイトの細胞記録情報を元に自発スパイクを検出し、優先度関数に従って、光刺激タイミングを決定する。
【００５０】
ステップＳ１０において、刺激制御部５１は、光刺激が与えられたか否かを判断する。
光刺激が与えられていない場合には、ステップＳ１０において、ＮＯと判定されて処理はステップＳ８に戻される。
これに対して、光刺激が与えられている場合には、ステップＳ１０において、ＹＥＳと判定されて、処理はステップＳ１１へ進む。
そして、ステップＳ１１において、コリジョン応答管理部８２は、当該コリジョン応答をコリジョン成功かコリジョン失敗か判定する。当該コリジョン応答の自発スパイクの波形を、コリジョン応答情報として管理し、優先度制御部５４に送る。
【００５１】
ステップＳ１２において、優先度制御部５４は、コリジョン成功かコリジョン失敗かによって、優先度関数を修正する。
【００５２】
ステップＳ１３において、コリジョン応答管理部８２は、コリジョン成功応答の取得回数が所定の必要回数に至ったか否かを判断する。
至っていない場合には、ステップＳ１３において、ＮＯと判定されて処理はステップＳ８に戻される。
これに対して、いたっている場合には、ステップＳ１３において、ＮＯと判定されて、そのまま処理は終了する。
【００５３】
以上本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
【００５４】
なお、上述の実施形態で採用された一連の処理（例えば、投射先同定処理）は、以下の２つのステージを有し、様々な機能を備えることができる。
即ち、ステージ１は、効率的なアンチ応答の取得に関するプロセスである。
これにより、１回の光刺激あたり、多数の記録サイトの応答を取得することができる。
さらに、ステージ２は、効率的なコリジョン成功応答の取得に関するプロセスである。
これにより、スパイク波形空間（例えば４チャンネル波形空間）で標的スパイクの優先度制御を実行することができる。これにより、リアルタイムに刺激サイトと記録サイトを並列的に処理することができる。これにより、効率的に標的スパイクを探索することができる。
また、以上をまとめると、上述の実施形態で採用された一連の処理（例えば、投射先同定処理）は、以下の、機能を備えることもできる
（１）多点の光刺激候補を準備し、１回の光刺激範囲を限定することができる。
（２）１回の光刺激で、できるだけ多数の記録サイトで有効なデータを取得することができる。
（３）衝突同定を試みるスパイクを多数の記録サイトから効率的に選出することができる。
（４）多数の光刺激サイト及び記録サイトの組み合わせに対して、同時並行で自動制御することができる。
これにより、多数の脳領域間で伝達されるスパイク信号の同時同定を実現することができる。
【００５５】
また例えば、上述の実施形態では、脳内に挿入する電極を使用する説明を行ったが、電極を使用せずに、例えば電位感受性蛍光分子を用いた顕微鏡イメージングにより光学的に記録サイトの応答を取得してもよい。
【００５６】
また例えば、上述の実施形態では、遺伝子改変動物として、脳全体にＣｈＲ２を発現するラットを用いて説明を行ったが、特にこれに限定されない。
即ち、使用する動物は、例えばマウスやマーモセット等の他の動物を使用してもよい。また、対象とする遺伝子（またはタンパク質）は、ＣｈＲ２に限られず、本発明の目的を達成することができればいかなる遺伝子（またはタンパク質）を対象としてもよい。
【００５７】
また例えば、上述の実施形態では、優先度制御部５４は、優先度を修正決定するものとして説明を行ったが、特にこれに限定されない。即ち、優先度制御部５４は、優先度を修正せず、元の優先度に変更を加えなくてもよい。
【００５８】
また例えば、上述の実施形態では、制御される優先度を、光刺激を行う順番として説明を行ったが、特にこれに限定されない。
即ち、光刺激を行う範囲や時間等のその他の項目を優先度として、制御してもよい。
【００５９】
また例えば、上述した一連の処理は、ハードウェアにより実行させることもできるし、ソフトウェアにより実行させることもできる。
換言すると、図３の機能的構成は例示に過ぎず、特に限定されない。
即ち、上述した一連の処理を全体として実行できる機能が情報処理システムに備えられていれば足り、この機能を実現するためにどのような機能ブロックを用いるのかは特に図２の例に限定されない。また、機能ブロックの存在場所も、図３に特に限定されず、任意でよい。
また、１つの機能ブロックは、ハードウェア単体で構成してもよいし、ソフトウェア単体で構成してもよいし、それらの組み合わせで構成してもよい。
【００６０】
また例えば、一連の処理をソフトウェアにより実行させる場合には、そのソフトウェアを構成するプログラムが、コンピュータ等にネットワークや記録媒体からインストールされる。
コンピュータは、専用のハードウェアに組み込まれているコンピュータであっても良い。
また、コンピュータは、各種のプログラムをインストールすることで、各種の機能を実行することが可能なコンピュータ、例えばサーバの他汎用のスマートフォンやパーソナルコンピュータであってもよい。
【００６１】
また例えば、このようなプログラムを含む記録媒体は、ユーザにプログラムを提供するために装置本体とは別に配布される図示せぬリムーバブルメディアにより構成されるだけでなく、装置本体に予め組み込まれた状態でユーザに提供される記録媒体等で構成される。
【００６２】
なお、本明細書において、記録媒体に記録されるプログラムを記述するステップは、その順序に沿って時系列的に行われる処理はもちろん、必ずしも時系列的に処理されなくとも、並列的或いは個別に実行される処理をも含むものである。
また、本明細書において、システムの用語は、複数の装置や複数の手段等より構成される全体的な装置を意味するものとする。
【００６３】
以上を換言すると、本発明が適用される投射先同定装置は、次のような構成を有する各種各様の実施形態を取ることができる。
即ち、本発明が適用される投射先同定装置は、
所定の投射元細胞（例えば図４の記録細胞Ｎ１乃至Ｎ３）に対して、Ｋ個（Ｋは２以上の整数値）の投射先候補（例えば図４の刺激サイトＳ−１乃至Ｓ−Ｋ）の中から、1以上の投射先を同定する投射先同定装置において、
所定の方式に基づいて、Ｌ個（Ｌは２以上の整数値）の記録サイト（Ｒ−１乃至Ｒ−Ｌ）で多数の神経細胞のスパイク信号を記録するスパイク信号取得手段と、
前記スパイク信号情報に基づいて投射先候補に刺激を与える効率的なタイミングを決定する刺激タイミング決定手段と、
投射先候補に刺激が与えられた際の、当該刺激の事前又は事後の所定の時間におけるスパイク信号情報に基づいて、前記投射先候補が真に投射先であるかどうかを判定する投射先判定手段と（例えば図３のアンチ応答管理部８１やコリジョン応答管理部８２）、
前記投射先判定手段の判定結果とスパイク信号情報に基づいて、前記刺激タイミング決定の仕方を修正する優先度制御手段（例えば図３の優先度制御部５４）と、
を備える神経細胞の投射先同定装置であれば足りる。
【００６４】
これにより、多数の脳領域間の多数の経路を同定した上で、その経路に伝達されるスパイク信号を取得することができる。
【００６５】
さらに詳細に言えば、本発明が適用される投射先同定装置の前記優先度制御手段は、ｔ（ｔは、１以上の任意の整数値）チャンネルの波形空間で実行することができる。
【００６６】
これにより、より正確な細胞同定が可能となり、さらに効率的に神経細胞の投射先を明らかにすることができる。
【００６７】
これにより、より既存の技術を、適宜、利用して、効率的にスパイク信号を同定し、神経細胞の投射先を明らかにすることができる。
【符号の説明】
【００６８】
１・・・多細胞記録装置、２・・・多点光刺激装置、３・・・投射先同定装置、２１・・・ＣＰＵ、５１・・・刺激制御部、５２・・・取得部、５３・・・管理部、５４・・・優先度制御部、５５・・・出力情報生成部、８１・・・アンチ応答管理部、８２・・・コリジョン応答管理部、３００・・・細胞記録情報ＤＢ、Ｓ−１乃至１２−Ｋ・・・刺激サイト、Ｒ−１乃至Ｒ−Ｌ・・・記録サイト
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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