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Mechanisms of body cognition and emotion inducing hyper-adaptability

Planned Research

Project AreaHyper-adaptability for overcoming body-brain dysfunction: Integrated empirical and system theoretical approaches
Project/Area Number 19H05725
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)

Allocation TypeSingle-year Grants
Review Section Complex systems
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

今水 寛  東京大学, 大学院人文社会系研究科(文学部), 教授 (30395123)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 筒井 健一郎  東北大学, 生命科学研究科, 教授 (90396466)
Project Period (FY) 2019-06-28 – 2024-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥140,920,000 (Direct Cost: ¥108,400,000、Indirect Cost: ¥32,520,000)
Fiscal Year 2023: ¥26,260,000 (Direct Cost: ¥20,200,000、Indirect Cost: ¥6,060,000)
Fiscal Year 2022: ¥26,260,000 (Direct Cost: ¥20,200,000、Indirect Cost: ¥6,060,000)
Fiscal Year 2021: ¥26,260,000 (Direct Cost: ¥20,200,000、Indirect Cost: ¥6,060,000)
Fiscal Year 2020: ¥26,650,000 (Direct Cost: ¥20,500,000、Indirect Cost: ¥6,150,000)
Fiscal Year 2019: ¥35,490,000 (Direct Cost: ¥27,300,000、Indirect Cost: ¥8,190,000)
Keywords運動学習 / 身体認知 / 運動主体感 / 意欲 / 脳刺激 / 情動 / ヒト脳活動計測 / サル電気生理 / 意欲の操作 / 高精度経頭蓋脳刺激 / 高精度経頭蓋交流刺激 / 発話 / 操作性の知覚 / 脳活動非侵襲計測 / サル電気生理実験
Outline of Research at the Start

本研究は,新学術領域研究「身体-脳の機能不全を克服する潜在的適応力のシステム論的理解」の計画研究として,身体認知や意欲などの正の情動が,運動学習を促進する過程を解明する.経験的に,身体認知や意欲は運動学習にとって重要であるが,それらが学習を促進する神経科学的なメカニズムは未解明である.人における心理実験と脳活動計測,サル電気生理実験を組み合わせ,神経基盤を解明するとともに,領域内の他の研究グループと共同で,計算論・システム論的なモデル化を行い,潜在的適応力を促進する技術の開発に資する.

Outline of Annual Research Achievements

従来の神経科学や心理学における運動学習研究では,運動誤差や報酬予測誤差といった,外部からのフィードバック情報が学習にどのように役立てられるかを調べてきた.しかし,近年,学習者の内部状態,すなわち,意欲などの情動や身体認知が,運動学習に影響を与えることが注目されるようになった.本研究項目では,超適応の観点から「身体認知や意欲などの正の情動が,運動学習を促進する」という仮説を検証,そのメカニズムを解明する.今年度の主な成果としては,以下の内容が挙げられる,1) 身体認知の一種である「運動主体感」(自身が運動を引き起こしているという感覚)を非侵襲脳刺激で操作しながら,fMRIで脳活動を計測する実験を行った.その結果,感覚運動情報と運動主体感の関係が変化するとともに,運動主体感に関連する脳領域の脳活動に変化が見られることを確認した.これにより,主体感を操作することで学習を促進する基盤を構築した(今水グループ) 2) 運動の結果が予測できない新規な運動学習において,主体感が形成される過程を心理実験で明らかにした.(今水グループ) 3) サルを用いた神経トレーシングにおいて,内側前頭皮質内の前部帯状皮質膝前部(pregenual anterior cingulate cortex: pgACC)の浅層から扁桃体基底外側核(BLA)に対する投射を新たに見いだした.この回路は,ネガティブな気分を抑制,意欲の生成や維持に関わっている可能性がある(筒井グループ) 4) サルを対象に,バーチャルリアリティ装置を使った心理物理学的実験を展開し,サルを用いて運動主体感の研究を行うための基盤を確立した(筒井とSony CSL 笠原博士らとの共同研究).

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

1)高精度経頭蓋交流電流刺激(HD-tACS)を用いて,運動主体感に介入する実験を継続した.脳刺激と同時に計測したfMRI脳活動から,反同期刺激を与えたとき,右下頭頂小葉では活動が低下し,右下前頭回では上昇する傾向が確認できた.また,下頭頂小葉と下前頭回を単独で刺激した場合には,予測誤差と主体感評価の相関に有意な変化は見られず,2つの領域の活動が同時に変化することが重要であると考えられる.2)新奇な学習課題において,主体感の変化を調べた.その結果,結果を予測することが難しい学習初期では,運動とその結果の同期性が主体感に影響を与えるが,学習が進み,結果が予測できるようになると,予測誤差にもとづいて主体感が形成されることを示す結果が得られた.3)これまでに,サルの内側前頭皮質の腹側部の神経活動を抑制すると,うつ病様の症状が誘発され,その中でも特に顕著な症状が,意欲の減退であることを示している.この内側前頭皮質から扁桃体への投射について調べるために,扁桃体に逆行性のウイルストレーサー(AAV-retro)を注入した.その結果,前部帯状皮質膝下部(subgenual anterior cingulate cortex: sgACC)の深層の細胞が,扁桃体の基底外側核(BLA)や基底内側核(BMA)に強い投射を送っていることが確認されたほか,新たに,前部帯状皮質膝前部(pgACC)の浅層から,BLAへの投射が見いだされた.4)サルに到達運動を行わせながら,ディスプレイに映し出される自らの手の動き(視覚フィードバック)に時間的あるいは空間的な変位を加えることを可能とするバーチャル・リアリティ(VR)システムを開発するとともに,この装置を用いて,ボード上に規則的に配置されたイモの小片を拾わせるfood pickingを行わせ,サルの「運動主体感」に関わる心理物理学的検討を行った.

Strategy for Future Research Activity

運動主体感に関しては,脳刺激による主体感の操作において,主体感に関連する領域の脳活動が変化していること,安静時の脳活動からその変化は領域特異的であること,2領域に同時に介入することが重要であることが解り,主体感操作のメカニズムの理解が進んだ.また,運動結果が予測できないような新規な学習で,運動主体感がどのように形成されるかが明らかになり,超適応における促進方法の設計に重要な示唆が得られた.さらに,サルを用いて運動主体感を研究するための研究基盤を構築することができた.意欲に関しては,その生成や維持に重要な役割を果たしている可能性のある神経回路が,新たに同定された.サルを対象に,バーチャルリアリティ装置を使った心理物理学的実験を実施する基盤が構築されたので,次年度以降は,ヒト・サル共通の課題で,運動主体感と意欲の神経基盤を解明する研究を展開する.

Report

(4 results)
  • 2022 Annual Research Report
  • 2021 Annual Research Report
  • 2020 Annual Research Report
  • 2019 Annual Research Report
  • Research Products

    (130 results)

All 2023 2022 2021 2020 2019 Other

All Int'l Joint Research (3 results) Journal Article (26 results) (of which Int'l Joint Research: 9 results,  Peer Reviewed: 24 results,  Open Access: 21 results) Presentation (95 results) (of which Int'l Joint Research: 18 results,  Invited: 30 results) Book (2 results) Remarks (3 results) Funded Workshop (1 results)

  • [Int'l Joint Research] 南カリフォルニア大学(米国)

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      Ohata, R, Uehigashi, Y, Asai, T, Imaizumi, S, Imamizu, H
    • Organizer
      The Federation of European Neuroscience Societies (FENS) Forum 2022 2022年7月10日 The Federation of European Neuroscience Societies
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  • [Presentation] The influence of changes in direction and velocity of feedback over the sense of control2022

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      Tanaka, T, Imamizu, H
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      The 22nd meeting of the European Society for Cognitive Psychology (ESCoP 2022)
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  • [Presentation] 運動と視覚フィードバックの空間的一致性が操作体験に与える影響2022

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      田中拓海, 今水 寛
    • Organizer
      日本心理学会第86回大会
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  • [Presentation] Whole-brain mapping of the motion, audio, and affective computation during observing naturalistic dance movies2022

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      Takagi, Y, Shimizu, D, Wakabayashi, M, Ohata, R, Imamizu, H
    • Organizer
      第6回 ヒト脳イメージング研究会
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  • [Presentation] 運動学習と運動主体感2022

    • Author(s)
      今水 寛
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      日本神経理学療法学会 第20回学術大会 シンポジウム「運動学習と機能回復」
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  • [Presentation] 運動の内部モデル獲得に伴う主体感の形成過程2022

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      田中拓海, 今水 寛
    • Organizer
      日本認知心理学会 第20回大会
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  • [Presentation] 行動ー結果間の空間マッピングがコントロール感に与える影響の検討2022

    • Author(s)
      田中拓海,今水 寛
    • Organizer
      第3回超適応領域全体会議
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  • [Presentation] 心拍フィードバックを用いた内受容感覚の情報処理過程の検討2022

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      柴田浩史,今水 寛
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      第3回超適応領域全体会議
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  • [Presentation] HD-tACSによる運動の自他帰属への介入2022

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      弘光健太郎,馬野千雅,浅井智久,今水 寛
    • Organizer
      第3回超適応領域全体会議
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  • [Presentation] 踊りの映像の見せ方の変化が与える知覚と感情への影響2022

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      若林実奈,田中拓海,浅井智久,宇津木安来,今水 寛
    • Organizer
      第3回超適応領域全体会議
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  • [Presentation] 自他帰属が運動学習に与える影響2022

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      田中 大,井澤 淳,今水 寛
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      第3回超適応領域全体会議
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  • [Presentation] 運動主体感の神経機構2022

    • Author(s)
      今水 寛
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      第13回日本ニューロリハビリテーション学会学術集会
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    • Author(s)
      筒井健一郎
    • Organizer
      東北大学電気通信研究所共同プロジェクト研究発表会
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  • [Presentation] 脳とこころの特性に基づいて考えるサービスのあり方2022

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      筒井健一郎
    • Organizer
      千葉看護学会第28回学術集会
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  • [Presentation] 気分・意欲と内側前頭皮質2022

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      筒井健一郎
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      生理研研究会 第12回社会神経科学研究会
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  • [Presentation] 内側前頭皮質への低頻度反復経頭蓋磁気刺激によってニホンザルに誘発された抑うつ症状とその背景メカニズム2022

    • Author(s)
      筒井健一郎
    • Organizer
      第27回情動・社会行動と精神医学研究会
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    • Invited
  • [Presentation] 多様なこころを脳と身体性機能に基づいてつなぐ「自在ホンヤク機」の開発2022

    • Author(s)
      筒井健一郎
    • Organizer
      ムーンショット目標9公開シンポジウム~科学技術を通じたこころの安らぎと活力に満ちた社会の実現を目指して~
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  • [Presentation] 意欲とパフォーマンス」気分・意欲と内側前頭皮質2022

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      筒井健一郎
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      第20回日本神経理学療法学会学術大会
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  • [Presentation] Inhibition of the ventral medial frontal cortex (vMFC) induces depression in nonhuman primates2022

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      筒井健一郎
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      Jubilee Szentagothai Day (University of Pecs)
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  • [Presentation] Hippocampal-medial entorhinal circuit is differently organized along the dorsoventral axis in rodents2022

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      Shinya Ohara, Mart Rannap, Ken-Ichiro Tsutsui, Andreas Draguhn, Alexei Fgorov, Menno Witter
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      Jubilee Szentagothai Day (University of Pecs)
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  • [Presentation] 細胞種特異的分子マーカーと投射関係を用いたマカクザル嗅内皮質V層の構造解析2022

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      大原慎也、吉野倫太郎、木村慧、川村太一、田辺創思、Andi Zheng、中村晋也、井上謙一、高田昌彦、筒井健一郎、Menno Witter
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      第99回日本生理学会大会
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      中村晋也、筒井健一郎
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      第99回日本生理学会大会
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      吉野 倫太郎、木村 慧、田辺 創思、Andi Zheng、中村 晋也、大原 慎也、井上 謙一、高田 昌彦、筒井 健一郎
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      第99回日本生理学会大会
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      Paola Aleman-Andrade, Christine L. Marchena, Shinya Ohara, Ken-Ichiro Tsutsui
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      第99回日本生理学会大会
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      Shinya Ohara, Menno P. Witter, Ken-Ichiro Tsutsui
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      NEURO2022/第45回日本神経科学大会
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      Paola Aleman-Andrade, Christine L. Marchena, Taichi Kawamura, Shinya Ohara, Ken-Ichiro Tsutsui
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      Paola Alem_n-Andrade, Christine L. Marchena, Shinya Ohara, Ken-Ichiro Tsutsui
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      今水 寛
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      第26回認知神経科学会学術集会【教育講演】
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      第11回 東京大学文学部公開講座
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      The 2021 APS (Association for Psychological Science) Virtual Conference
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      第18回日本うつ病学会総会/第21回日本認知療法・認知行動療法学会
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      吉野倫太郎,、川村太一、中村晋也、木村慧、田辺創思、Andi Zheng、井上謙一、高田昌彦、Menno Witter、筒井健一郎、大原慎也
    • Organizer
      第44回日本神経科学大会
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      今水 寛
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      今水 寛
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      Takai, A., Rivela, D., Lisi, G., Noda, T. ,Teramae, T, Imamizu, H, Morimoto, J.
    • Organizer
      The 6th International Conference Brain-Computer Interface: Science and Practice (BCI Samara 2020)
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      Koizumi, A., Cortese, A., Ohata, R. ,Imamizu, H.
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      第43回日本神経科学大会 シンポジウム「Emergence and regulation of fear - from mouse behavior to human imagination」
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    • Organizer
      第43回日本神経科学大会 基礎-臨床連携シンポジウム「人工知能とビッグデータは精神神経疾患の神経科学に何をもたらすか?」
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      筒井健一郎
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      Wen, W., Ohata, R., Tanaka, M., Yamashita, A., Asama, H., Imamizu, H.
    • Organizer
      日本心理学会第83回大会 公募シンポジウム38 「The role of sense of agency in explorative and exploitative actions」
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  • [Presentation] 運動主体感の成立に関わる脳のネットワーク2019

    • Author(s)
      今水 寛
    • Organizer
      日本心理学会第83回大会 公募シンポジウム63 「融合社会脳研究―自己の主体性を考える」
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] 運動主体感の神経基盤~新学術領域・身体性システムの成果から2019

    • Author(s)
      今水 寛
    • Organizer
      第13回Motor Control研究会 シンポジウム5
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  • [Presentation] 誤差の原因帰属の主観的判断が運動学習に与える影響2019

    • Author(s)
      田中 大,井澤 淳,今水 寛
    • Organizer
      第13回Motor Control研究会
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  • [Presentation] 認知機能と脳のネットワーク2019

    • Author(s)
      今水 寛
    • Organizer
      第23回東京大学文学部常呂公開講座
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    • Invited
  • [Presentation] The role of medial and dorsal frontal cortices in the regulation of mood, motivation and social behavior: a monkey TMS study.2019

    • Author(s)
      Tsutsui KI
    • Organizer
      KU Leuven-Tohoku Univ. Symposium on Systems Neuroscience
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    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] The role of medial and lateral frontal cortex in the regulation of motivation, mood, and social behavior in macaque monkeys.2019

    • Author(s)
      Tsutsui KI
    • Organizer
      Tohoku U-NTU Joint Symposium of Neuroscience(国立台湾大学神経科学シンポジウム)
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    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 経頭蓋磁気刺激を用いた前頭連合野皮質の認知情動機能の解明2019

    • Author(s)
      筒井健一郎
    • Organizer
      CAPSシンポジウム(関西学院大学応用心理科学研究センター)
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    • Invited
  • [Presentation] Neurostimulation for curing aged brain2019

    • Author(s)
      Tsutsui KI
    • Organizer
      JANET FORUM 2019(UCL-日本3大学合同シンポジウム)
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    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Exploring the brain with transcranial magnetic stimulation2019

    • Author(s)
      Tsutsui KI
    • Organizer
      XXXVII Annual Meeting of Indian Academy of Neurosciences(インド神経科学学会IAN-AIIMS)
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    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 脳とこころを健やかに生きるには:脳科学と心理学の最前線からの提言2019

    • Author(s)
      筒井健一郎
    • Organizer
      東北心理学会 第73回大会
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  • [Presentation] Differential effects of rTMS to medial frontal and dorsolateral prefrontal cortices on competitive food picking behavior in monkeys2019

    • Author(s)
      Ikeda Y, Hosokawa T, Nagano H, Saita A, Nakamura S, Tsutsui KI
    • Organizer
      第42回日本神経科学大会
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      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] Behavioral and physiological measures reflecting positive and negative emotions elicited by conditioned stimuli in a probabilistic Pavlovian conditioning task2019

    • Author(s)
      Nakamura S, Moritani T, Honda Y, Tsutsui KI
    • Organizer
      第42回日本神経科学大会
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  • [Presentation] Functional connectivity analysis on local field potentials (LFPs) simultaneously recorded from various cortical regions in rats performing a visuospatial working memory task2019

    • Author(s)
      Ohi M, Honda Y, Hosokawa T, Nakamura S, Oyama K, S Bestmann, Tsutsui KI
    • Organizer
      第42回日本神経科学大会
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  • [Presentation] Effect of single-pulse transcranial magnetic stimulation on local neural activity in the primary motor cortex and its relation to motor evoked potential (MEP) examined by simultaneously recordings of electrocorticogram (ECoG) and MEP in monkeys.2019

    • Author(s)
      Honda Y, Nakamura S, Ogawa K, Iijima T, Nishimura Y, Tsutsui KI
    • Organizer
      第42回日本神経科学大会
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      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] Depressive behavioral and physiological state induced by low-frequency rTMS to the ventral medial frontal cortex in monkeys2019

    • Author(s)
      Nakamura S, Tsutsui KI
    • Organizer
      IBRO2019(The 10th IBRO World Congress of Neuroscience)
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    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Behavioral evidence for the use of functional categories in Japanese monkeys (Macaca fuscata)2019

    • Author(s)
      Hosokawa T, M.D.C. Romero, Honda Y, Tsutsui KI
    • Organizer
      EBBS2019(48th Auuual General Meeting of the European Brain and Behaviour Society)
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    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] The measurement of motivational level by using a modified version of the Brinkman board test in monkeys2019

    • Author(s)
      Nakamura S, Tsutsui KI
    • Organizer
      Society for Neuroscience Annual Meeting
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    • Int'l Joint Research
  • [Book] 社会脳から心を探る―自己と他者をつなぐ社会適応の脳内メカニズム 第6章「社会脳から見た自己と身体意識」2020

    • Author(s)
      今水 寛, 大木紫, 前田貴記, 村田 哲
    • Total Pages
      203
    • Publisher
      日本学術協力財団
    • ISBN
      9784990997229
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  • [Book] 公認心理師の基礎と実践 第6巻 心理学実験 第8章 感覚運動学習)2019

    • Author(s)
      今水 寛
    • Total Pages
      240
    • Publisher
      遠見書房
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  • [Remarks] 超適応:身体-脳の機能不全を克服する潜在的適応力のシステム論的理解(A03 計画班)

    • URL

      https://www.hyper-adapt.org/organization/a03/

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  • [Remarks] 東京大学大学院人文社会系研究科 今水学習機構研究室

    • URL

      http://www.l.u-tokyo.ac.jp/~imamizu/

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  • [Remarks] 東北大学大学院生命科学研究科脳神経システム研究室

    • URL

      https://www.lifesci.tohoku.ac.jp/sysneuro/index.html

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  • [Funded Workshop] 1st International Symposium on Hyper-Adaptability2021

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Published: 2019-07-04   Modified: 2024-12-25  

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