情動を反映する大脳基底核の情報処理の解明と強化学習の発展

• Project/Area Number: 17680029
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Neuroscience in general
• Research Institution: The Institute of Physical and Chemical Research
• Principal Investigator: 中原 裕之 The Institute of Physical and Chemical Research, 理論統合脳科学研究チーム, チームリーダー (10312282)
• Project Period (FY): 2005 – 2007
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2007)
• Budget Amount: ¥24,960,000 (Direct Cost: ¥19,200,000、Indirect Cost: ¥5,760,000); Fiscal Year 2007: ¥8,060,000 (Direct Cost: ¥6,200,000、Indirect Cost: ¥1,860,000); Fiscal Year 2006: ¥8,190,000 (Direct Cost: ¥6,300,000、Indirect Cost: ¥1,890,000); Fiscal Year 2005: ¥8,710,000 (Direct Cost: ¥6,700,000、Indirect Cost: ¥2,010,000)
• Keywords: 神経科学 / 数理工学 / 統計数学 / 情報工学 / 人工知能

Research Abstract

3年間にわたる第3年度の研究として、本年度の研究の主体は、大きく分けて三つあった。一つは、大脳基底核の情報処理の解明/モデル化のための研究を発展させたこと、次に、情動・感情・動機・報酬獲得などの機能との関係を明確にするための実験研究と数理研究の共同研究を進展させたことにある。そして、これらに基づき、現在基底核の強化学習を発展させた数理モデルの構築を進めた。具体的には、大脳基底核における並行回路がどのようにその機能を分化させるかということについて、各知覚情報の潜時の違いに着目した。モデル構築そしてシミュレーション研究を通じて、その潜時の違いが自動的に機能分化にいたることを実証した。また、情動のような複雑な機能が行動選択・運動制御に与える影響を調べるには、行動が選択される時点を的確につかまえることが必要である。そのためにそれ以前に行われた行動を観察することで次に起きる行動がどれくらい予測できるかを調べる研究を行った。この研究はさらに多電極同時記録された脳活動との対応をつけるための予備的研究である。幸いこれらの研究は既に論文発表できている。また多電極同時記録の脳活動を行動と対応づけるためのデータ解析の手法の研究も学会発表を既に終えている。今後の展開としては、基底核の数理モデルの研究を進め、その成果につき発表を行うこととなる。なお一般社会に研究をフィードバックする試みとして一般図書への執筆も行い、幸い好評を得ている。最後に、本研究は、申請者一人が推進する研究であり、本研究費によって、諸処の数理計算用のハード/ソフトの諸費用、マンパワーとしての研究補助などが得られていて、非常に有効に機能していることを述べておきたい。

Research Products

• [Journal Article] Combining modalities with different latencies for optimal motor control. (2008)
  • Author(s): Bissmarck, F.
  • Journal Title: Jouenal of Cognitive Neuroscience. (In press)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Stimulus-induced pairwise interaction can be revealed by information geometric approach. (2008)
  • Author(s): Nakahara, H.
  • Journal Title: Springer Lecture Notes. (In press)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Linear Discrimination Anylysis of Monkey Behavior on an Alternative Free Choice Task. (2007)
  • Author(s): Takenaka, K
  • Journal Title: Journal of Robotics and Mechatronics 19(4) Pages: 416-422
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Extended LATER model can account for trial-by-trial variability of both pre- and post-processes. (2006)
  • Author(s): Nakahara H., Nakamura K., Hikosaka, O.
  • Journal Title: Neural Networks. 19 (8) Pages: 1027-1046
  • NAID: 10018337039
• [Journal Article] Saccade-Related Spread of Activity Across Superior Colliculus May Arise From Asymmetry of Internal Connections. (2006)
  • Author(s): Nakahara, H., Morita, K., Wurtz, R.H., Optican, L.M.
  • Journal Title: Journal of Neurophysiology. 96 (2) Pages: 765-774
• [Journal Article] Correlation and independence in the neural code. (2006)
  • Author(s): Amari, S., Nakahara, H.
  • Journal Title: Neural Computation. 18 (6) Pages: 1259-1267
• [Journal Article] A comparison of descriptive models of a single spike train by information geometric measure. (2006)
  • Author(s): Nakahara, H., Amari, S., Richmond, B.J.
  • Journal Title: Neural Computation. 18 Pages: 545-568
• [Journal Article] Basal ganglia orient eyes to reward. (2006)
  • Author(s): Hikosaka, O., Nakamura, K., Nakahara, H.
  • Journal Title: Journal of Neurophysiology. 95 Pages: 567-584
• [Journal Article] Isolation of gene sets affected specifically by polyglutamine expression : Implication of the TOR signaling pathway in neurodegeneration. (2005)
  • Author(s): Nelson B., Nishimura, S., Kanuka, H., Kuranaga E., Inoue, M., Hori, G., Nakahara, H., Miura, M.
  • Journal Title: Cell Death and Differentiation. 12(8) Pages: 1115-1123
• [Journal Article] Difficulty of singularity in population coding (2005)
  • Author(s): Amari, S., Nakahara, H.
  • Journal Title: Neural Computation. 17(4) Pages: 839-858
• [Journal Article] Responding to modalities with different latencies. (2005)
  • Author(s): Bissmarck, F., Nakahara, H., Doya, K., Hikosaka, O.
  • Journal Title: Advances in Neural Information Processing. 17 Pages: 169-176
• [Journal Article] Correlation and indenendence in the neural code.
  • Author(s): Amari, S., Nakahara, H.
  • Journal Title: Neural Computation. (印刷中)
• [Presentation] Discovery of Putative Causal Interactions in Neuronal Population Data. (2007)
  • Author(s): G. Santos.
  • Organizer: Society for Neuroscience, 2007
  • Place of Presentation: San Diego, CA
• [Presentation] Fine Spatio-Temporal Interactions in Multielectrode LFP Signals. (2007)
  • Author(s): G. Santos.
  • Organizer: Neuro 2007
  • Place of Presentation: Yokohama, Japan.
• [Book] 脳研究の最前線(下巻) (2007)
  • Author(s): 理化学研究所脳科学総合研究センター
  • Total Pages: 384
  • Publisher: 講談社
• [Book] 脳の計算機構(銅谷賢治, 五味裕章, 阪口豊, 川人光男 編) (2005)
  • Author(s): 中原裕之
  • Total Pages: 240
  • Publisher: 朝倉書店
• [Remarks]
  • URL: http://www.itn.brain.riken.jp