ゴール指向的なオブジェクト操作の神経機構

• Project/Area Number: 20020003
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Biological Sciences
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 虫明 元 Tohoku University, 大学院・医学系研究科, 教授 (80219849)
• Project Period (FY): 2008 – 2010
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2009)
• Budget Amount: ¥12,000,000 (Direct Cost: ¥12,000,000); Fiscal Year 2009: ¥6,000,000 (Direct Cost: ¥6,000,000); Fiscal Year 2008: ¥6,000,000 (Direct Cost: ¥6,000,000)
• Keywords: 前頭前野 / サル / アトラクター / ゴール指向的行動 / 細胞活動 / 同期

Research Abstract

ゴール指向的な行動では、ゴールに到達するために複数の行動を順序だてて適切な行動選択をする。そのために、最初に与えられた最終ゴールの情報から、一連の行動をプランニングし、最初に行う即時ゴールを決定し実行を始める。これらの細胞活動の神経機構を説明するために、多安定アトラクター回路を用いた神経モデルを構築し、その動作を確認した。4種類の細胞からなる回路は、相互に興奮性抑制性の結合をしており、複数の安定状態が存在する。またこれらとは別に入力または出力に関連する細胞群がある。
二つの最終ゴールから二つの即時ゴールの変換する過程を、多安定性の様相の違いとして捉える。動作としては、最終ゴールの情報の入力がある時期には、多安定アトラクターは最終ゴールの選択をする回路の状態になっており、入力があると、最終ゴールを表現するどちらかの状態に引き込まれる。また時間とともに活動が減衰してくると、今度は即時ゴールの選択を行う回路の状態に変化し、神経回路はどちらかの即時ゴールの表現に引き込まれる。このような多安定アトラクターモデルは、その安定性をきめるアトラクター状態そのものを変化させることで、情報表現の変換を自発的に非常に融通性をもって表現できる。このような情報変換の機構は、単純な刺激-反応連合では困難な多次元の情報の時間的な動的変換に適切であり、前頭前野の機能を理解するうえで大切な役割を果たしていると考えられる。

Research Products

• [Journal Article] 高次運動野による身体性認知行動制御-前補足運動野と補足運動野を中心に- (2009)
  • Author(s): 虫明元, 乾敏郎, 丹治順
  • Journal Title: Clinical Neuroscience 27 Pages: 784-788
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Covert representation of second-next movement in the pre-supplementary motor area of monkeys (2009)
  • Author(s): Nakajima T, Hosaka R, Mushiake H, Tanji J
  • Journal Title: Journal of neurophysiology 101 Pages: 1883-1889
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Interval time coding by neurons in the presupplementary and supplementary motor areas (2009)
  • Author(s): Mita A, Mushiake H, Shima K, Matsuzaka Y, Tanji J
  • Journal Title: Nature neuroscience 12 Pages: 502-507
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Neural activity in the human brain signals logical rule identification (2009)
  • Author(s): Tachibana K, Suzuki K, Mori E, Miura N, Kawashima R, Horie K, Sato S, Tanji J, Mushiake H
  • Journal Title: Journal of neurophysiology 102 Pages: 1526-1537
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Involvement of the prefrontal cortex in problem solving (2009)
  • Author(s): Mushiake H, Sakamoto K, Saito N, Inui T, Aihara K, Tanji J
  • Journal Title: International review of neurobiology 85 Pages: 1-11
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Which object appeared longer? (2009)
  • Author(s): 丹治順, 虫明元
  • Journal Title: Neuron 63 Pages: 148-149
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Involvement of the prefrontal cortex in problem solving(in press) (2009)
  • Author(s): Mushiake H, Sakamoto K, Saito N, Inui T., Aihara K and Tanji J
  • Journal Title: International Review of Neurobiology 85(in press)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Discharge Synchrony during the Transition of Behavioral Goal Representations Encoded by Discharge Rates of Prefrontal Neurons (2008)
  • Author(s): Kazuhiro Sakamoto, Hajime M ushiake, Naohiro Saito,Kazu yuki Aihara, Masafumi Yano and Jun Tanji
  • Journal Title: Cerebral Cortex 18 Pages: 2036-45
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Activity of putative pyramidal neurons and interneurons in medial motor areas during performance of a memory-guided sequential motor task (2009)
  • Author(s): NAKAJIMA T, HOSAKA R, TANJI J, MUSHIAKE H
  • Organizer: SFN39
  • Place of Presentation: Chicago USA
  • Year and Date: 2009-10-20
• [Presentation] (2009)The interrupting effect of a visually-guided motor task on retrieval of a memorized motor sequence (2009)
  • Author(s): Miyazaki A, Nakajima T, Shima K, Mushiake H
  • Organizer: IUPS 2009 The 36th Congress of the International Union of Physiological Sciences
  • Place of Presentation: Kyoto JAPAN
  • Year and Date: 2009-07-30
• [Presentation] Neuronal synchrony during the transition of behavioral-goal representa tion in the prefrontal cortex (2008)
  • Author(s): K. SAKAMOTO, H. MUSHIA KE, N. SAITO, K. AIHARA, J . TANJI
  • Organizer: SFN
  • Place of Presentation: Washington DC USA
  • Year and Date: 2008-11-18
• [Remarks]
  • URL: http://www.med.tohoku.ac.Worg/medical/10/index.html