比較前頭前野学

• Project/Area Number: 19J40302
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Review Section: Basic Section 10040:Experimental psychology-related
• Research Institution: Keio University (2021-2022); National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (2019-2020)
• Principal Investigator: 林 和子 慶應義塾大学, 文学部(三田), 特別研究員(RPD)
• Project Period (FY): 2020-01-06 – 2023-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000); Fiscal Year 2022: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000); Fiscal Year 2021: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000); Fiscal Year 2020: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000); Fiscal Year 2019: ¥520,000 (Direct Cost: ¥400,000、Indirect Cost: ¥120,000)
• Keywords: 前頭前野 / 学習 / オプトジェネティクス / 電気生理 / 行動薬理

Outline of Research at the Start

人間とは何か。ヒトの脳の進化における重要な解剖学的要因として、「前頭極の肥大化」と「前頭前野内側部スピンドル細胞」の2つを挙げることができる。ヒトの「こころ」や「知性」といったものが物質である脳の神経細胞の電気化学的活動によって生み出されるという前提に立つとき、前頭前野は我々ヒトがよりよく生きるための人間性を育む領域であると言えるかもしれない。本研究では、「高次認知機能」と呼ばれるものの原点を前頭前野に求め、行動薬理学、比較認知神経科学、分子生物学、電気生理学などのアプローチを用いて「こころ」の進化の鍵に迫る。

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、我々の「こころ」の進化の鍵を求め、前頭前野およびその投射領域との神経連絡に焦点を当て、動物心理学・神経科学・電気生理学・行動薬理学・分子生理学といった多角的アプローチを通して、ヒトが持つ「高次認知機能」と呼ばれるものの原点に迫ることを目的とする。昨年度は霊長類の電気生理学的実験を通して、多点同時記録による神経活動データの解析を進めてきたが、最終年度となる本年は、ヒトの「こころ」の進化的起源の解明を目指す比較認知神経科学の旗のもと、共同研究先であった慶應義塾大学に籍を移し、齧歯類のオプトジェネティクスや行動薬理学的研究により一層注力した。まず、前頭前野が重要な役割を担う社会性について、他個体との相互作用を介したマウスの超音波発声を測定し、薬理学的操作による発声量の変化を明らかにした。また、不安や抑うつ感情などを制御する神経ネットワークに関わる前頭前野の機能に着目し、近年、即効性と持続性を有する新たな抗うつ薬として期待されているketamineの代謝物である (2R,6R)-hydroxynorketamineが学習過程に及ぼす影響を検討した。うつ病の原因は十分に解明されていないものの、遺伝的脆弱性にストレスなどの環境要因が加わると、内分泌系に変化が生じることが示唆されている。出生時に発症は見られず、環境の中で様々な経験を通して生じた行動の変容がうつとしてあらわれるとすれば、ヒトを含めた動物にとって、うつ病は一種の学習であると考えられ、頭部固定下のマウスで遅延条件づけを用いた学習と消去、再獲得における(2R,6R)-hydroxynorketamineの効果を調べた。比較認知神経科学を標榜する本研究課題において、これまで霊長類と齧歯類という異なる動物種を実験対象に多岐にわたる研究活動を精力的に展開できたことは、ヒトの「こころ」を理解する上で大いなる一歩となった。

Research Progress Status

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] NIMH/NIH/DHHS(米国)
• [Journal Article] A convolutional neural network for estimating synaptic connectivity from spike trains (2021)
  • Author(s): Endo Daisuke、Kobayashi Ryota、Bartolo Ramon、Averbeck Bruno B.、Sugase-Miyamoto Yasuko、Hayashi Kazuko、Kawano Kenji、Richmond Barry J.、Shinomoto Shigeru
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 11 Issue: 1 Pages: 12087-12087
  • DOI: 10.1038/s41598-021-91244-w
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] Are receptive field sizes of area TE neurons related to encoding information about categories of face images? (2022)
  • Author(s): K. Shioya, S. Katakami, K. Hayashi, K. Matsuda, N. Matsumoto, S. Akaho, K. Kawano, M. Okada, Y. Sugase-miyamoto
  • Organizer: Society for Neuroscience
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Neural activity in area TE, not TEO, correlates with monkeys’ learning in a visual categorization task (2022)
  • Author(s): W. Wang, B. Li, M. A. Eldridge, N. Matsumoto, K. Hayashi, K. Martinez Gomez, Y. Sugase-miyamoto, B. J. Richmond
  • Organizer: Society for Neuroscience
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Effects of systemic administration of MK-801, a non-competitive NMDA receptor antagonist, on social and non-social behavior (2022)
  • Author(s): Ryuto Tamura, Yusuke Ujihara, Lingchen Kong, Daiki Nasukawa, Kazuko Hayashi, Masashi Tanaka, Koji Toda
  • Organizer: 日本動物心理学会第82回大会
• [Presentation] マウスの学習・記憶・社会性における(2R,6R)-hydroxynorketamine腹腔内投与の効果 (2022)
  • Author(s): 林 和子・平方 春佳・氏原 勇祐・金子 頌平・田村 龍仁・二木 貫行・奈須川 大輝・山田 航太・兎田 幸司
  • Organizer: BPCNPNPPP4学会合同年会
• [Presentation] メカミラミンによるニコチン受容体の阻害がマウスの行動に及ぼす影響 (2022)
  • Author(s): 田村 龍仁・金子 頌平・二木 貫行・奈須川 大輝・山田 航太・氏原 勇祐・林 和子・兎田 幸司
  • Organizer: BPCNPNPPP4学会合同年会
• [Presentation] サル側頭葉TE野における顔応答性ニューロンの受容野とコードする顔画像情報との相関関係 (2022)
  • Author(s): 菅生-宮本 康子・塩谷 佳介・林 和子・松田 圭司・片上 舜・松本 有央・赤穗 昭太郎・岡田 真人・河野 憲二
  • Organizer: NEURO2022
• [Presentation] Effects of different facial surface properties on neuronal activity in the temporal cortex and on discrimination learning in macaque monkeys (2021)
  • Author(s): Kazuko Hayashi, Narihisa Matsumoto, Keiji Matsuda, Kenichiro Miura, Shigeru Yamane, Mark A. G. Eldridge, Richard C. Saunders, Barry J. Richmond, Yuji Nagai, Naohisa Miyakawa, Takafumi Minamimoto, Masato Okada, Kenji Kawano, Yasuko Sugase-Miyamoto
  • Organizer: 日本動物心理学会第81回大会
• [Presentation] Effects of different physical surface properties on face discrimination learning in macaque monkeys (2020)
  • Author(s): Kazuko Hayashi, Narihisa Matsumoto, Keiji Matsuda, Kenichiro Miura, Shigeru Yamane, Shin Matsuo, Keiji Yanai, Mark A. G. Eldridge, Richard C. Saunders, Barry J. Richmond, Yuji Nagai, Naohisa Miyakawa, Takafumi Minamimoto, Masato Okada, Kenji Kawano, Yasuko Sugase-Miyamoto
  • Organizer: 日本動物心理学会第80回大会
• [Presentation] Effects of differences in facial surface properties on temporal cortical neuronal activity and discrimination learning in macaque monkeys (2020)
  • Author(s): Kazuko Hayashi, Narihisa Matsumoto, Keiji Matsuda, Kenichiro Miura, Shigeru Yamane, Shin Matsuo, Keiji Yanai, Mark A. G. Eldridge, Richard C. Saunders, Barry J. Richmond, Yuji Nagai, Naohisa Miyakawa, Takafumi Minamimoto, Masato Okada, Kenji Kawano, Yasuko Sugase-Miyamoto
  • Organizer: 第44回日本神経科学大会
• [Presentation] Effects of differences in physical surface properties on facial expression discrimination in macaque monkeys (2020)
  • Author(s): Kazuko Hayashi, Narihisa Matsumoto, Keiji Matsuda, Kenichiro Miura, Shigeru Yamane, Shin Matsuo, Keiji Yanai, Mark A. G. Eldridge, Richard C. Saunders, Barry J. Richmond, Yuji Nagai, Naohisa Miyakawa, Takafumi Minamimoto, Masato Okada, Kenji Kawano, Yasuko Sugase-Miyamoto
  • Organizer: 第43回日本神経科学大会