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行動・神経活動の網羅的計測から迫る学習過程

Research Project

Project/Area Number 20J21568
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Review Section Basic Section 10040:Experimental psychology-related
Research InstitutionKeio University

Principal Investigator

山田 航太  慶應義塾大学, 社会学研究科, 特別研究員(DC1)

Project Period (FY) 2020-04-24 – 2023-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help
¥3,100,000 (Direct Cost: ¥3,100,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000)
Keywords学習 / ドーパミン / 消去 / 習慣形成 / 報酬 / 予測 / 学習心理学 / 条件づけ
Outline of Research at the Start

ヒトを含めた多くの動物は学習によって自らの行動を変容させることで、柔軟に環境の変化へと適応することができる。この学習を担う神経メカニズムとして、ドーパミンという神経伝達物質の関与が指摘されているが、それは同時に運動機能を担っていることも知られている。本研究の最大の目的は、こうしたドーパミンの機能を明らかにすることを通して、学習のメカニズムを明らかにすることである。そこで、本研究では機械学習を駆使することによって、動物の行動を詳細に計測して、その行動データと神経科学的な操作を組み合わせることで、ドーパミンが一体何を表現しているのか解明する。

Outline of Annual Research Achievements

ヒトを含めた動物の多くは、経験を通して行動を変容させることで、自身を取り巻く外部環境へと適応する。こうした経験による行動の変容は学習と呼ばれ、生物が生存・繁殖する上で必要不可欠な能力である。本研究では、心理学的な知見・実験手法に加えて、機械学習などの技術を駆使することで、学習を実現する心理・生物学的なメカニズムを明らかにすることを目指した。
今年度は、昨年度に実施していた1)学習における予測と予測に基づいた行動の乖離、2)消去に伴う行動変容のダイナミクス、3)習慣形成における行動の巨視的構造の役割の検討、という3つの実験について、データなどの追加や国際学術誌への投稿を行った。
1)では昨年度までの実験データを解析して、論文の執筆を行った。論文は国際学術誌Frontiers in Systems Nerosciences誌において公刊されている。
2)ある行動をしても望ましい結果が得られなかった時に、一時的にその行動が頻発する消去バーストと呼ばれる現象がある。昨年度は、計算論的なモデルとシミュレーションによって、バーストの制御要因を特定し、マウスの実験によってその妥当性を検証した。今年度はデータの解析を行い、現在、論文執筆中である。
3)行動には目的志向行動と呼ばれる柔軟な行動と、習慣と呼ばれるパターン化された行動の2種類がある。この2種類の行動は、単一の反応に対して2つの異なるシステムによる制御がかかっているものと考えられていた。昨年度に、行動を複数の反応から構成されるネットワークとして捉えるモデルを提案し、シミュレーションで、ネットワークの構造によって、2種類の行動の違いを説明できることを明らかにした。今年度では、追加のシミュレーションによってその知見が頑健であることを確認し、論文執筆を行い、論文は国際学術誌Communications Biology誌において公刊されている。

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。

Report

(3 results)
  • 2022 Annual Research Report
  • 2021 Annual Research Report
  • 2020 Annual Research Report
  • Research Products

    (19 results)

All 2023 2022 2021 2020

All Journal Article (6 results) (of which Peer Reviewed: 5 results,  Open Access: 5 results) Presentation (13 results)

  • [Journal Article] Habit formation viewed as structural change in the behavioral network2023

    • Author(s)
      Yamada Kota、Toda Koji
    • Journal Title

      Communications Biology

      Volume: 6 Issue: 1 Pages: 1-16

    • DOI

      10.1038/s42003-023-04500-2

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Pupillary dynamics of mice performing a Pavlovian delay conditioning task reflect reward-predictive signals2022

    • Author(s)
      Kota Yamada & Koji Toda
    • Journal Title

      Frontiers in Systems Neuroscience

      Volume: 16

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Spatiotemporal Pavlovian head-fixed reversal learning task for mice2022

    • Author(s)
      Yamamoto Kohei、Yamada Kota、Yatagai Saya、Ujihara Yusuke、Toda Koji
    • Journal Title

      Molecular Brain

      Volume: 15 Issue: 1 Pages: 1-9

    • DOI

      10.1186/s13041-022-00952-5

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Systemic injection of nicotinic acetylcholine receptor?antagonist mecamylamine affects licking, eyelid size, and locomotor and autonomic activities but not temporal prediction in male mice2022

    • Author(s)
      Kaneko Shohei、Niki Yasuyuki、Yamada Kota、Nasukawa Daiki、Ujihara Yusuke、Toda Koji
    • Journal Title

      Molecular Brain

      Volume: 15 Issue: 1 Pages: 1-12

    • DOI

      10.1186/s13041-022-00959-y

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Habit formation viewed as structural change in the behavioral network2021

    • Author(s)
      Yamada Kota、Toda Koji
    • Journal Title

      bioRxiv

      Volume: -

    • DOI

      10.1101/2021.07.29.454400

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Journal Article] Simulating bout-and-pause patterns with reinforcement learning2020

    • Author(s)
      Yamada Kota、Kanemura Atsunori
    • Journal Title

      PLOS ONE

      Volume: 15 Issue: 11 Pages: e0242201-e0242201

    • DOI

      10.1371/journal.pone.0242201

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] 頭部固定下マウスの消去バーストの行動・計算論的分析.2022

    • Author(s)
      山田航太, 松井大, 兎田幸司
    • Organizer
      NEURO 2022
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 頭部固定マウスのパヴロフ型条件づけにおける瞳孔径計測を通した報酬の予測と予測に基づいた身体運動表出の分離.2022

    • Author(s)
      山田航太, 兎田幸司
    • Organizer
      BPCNPNPPP4学会合同年会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] Curiosity-driven computational model explains extinction bursts.2021

    • Author(s)
      Yamada, K., Matsui, H., & Toda, K.
    • Organizer
      日本動物心理学会第81回大会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] Effects of the nicotinic acetylcholine receptor antagonist on the performance of temporal conditioning in mice.2021

    • Author(s)
      Kaneko, S., Niki, Y., Yamada, K., & Toda, K.
    • Organizer
      日本動物心理学会第81回大会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] Modulation of the pupillary response in mice during the temporal conditioning task.2021

    • Author(s)
      Niki, Y., Ujihara, Y., Yatagai, S., Yamada, K. & Toda, K
    • Organizer
      日本動物心理学会第81回大会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] Effects of optogenetic manipulations of GABAergic neurons in the lateral septum on the performance in open-field, real-time conditioned place preference, and delay conditioning tasks in mice.2021

    • Author(s)
      Hirakata, H., Yatagai, S., Yamada, K., Tamura, R., Nasukawa, D., Niki, Y., Ujihara, Y., & Toda, K.
    • Organizer
      日本動物心理学会第81回大会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] Habit formation viewed as structural change in the behavioral network.2021

    • Author(s)
      Yamada, K. & Toda, K.
    • Organizer
      The 44th Annual Meeting of the Japan Neuroscience Society.
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] Effects of pharmacological manipulations of dopamine receptors on learning in head-fixed mice2020

    • Author(s)
      Kota Yamada, Yusuke Ujihara, and Koji Toda
    • Organizer
      日本動物心理学会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] Effects of systemic oxytocin manipulations on social hierarchy in mice.2020

    • Author(s)
      Daiki Nasukawa, Yusuke Ujihara, Kota Yamada, Saya Yatagai, and Koji Toda
    • Organizer
      日本動物心理学会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] Effects of pharmacological manipulations on interval timing in head-fixed mice.2020

    • Author(s)
      Yusuke Ujihara, Saya Yatagai, Yasuyuki Niki, Kota Yamada, and Koji Toda
    • Organizer
      日本動物心理学会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] Effects of optogenetic manipulations of GABAergic neurons in the hippocampus on interval timing in head-fixed mice2020

    • Author(s)
      Saya Yatagai, Yusuke Ujihara, Yasuyuki Niki, Kota Yamada, Katsuyasu Sakurai, and Koji Toda
    • Organizer
      日本動物心理学会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] Reversal learning in head-fixed mice.2020

    • Author(s)
      Koji Toda, Kohei Yamamoto, Kota Yamada, Yasuyuki Niki, Daiki Nasukawa, Saya Yatagai, and Yusuke Ujihara
    • Organizer
      日本動物心理学会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] Conditioned licking suppression in head-fixed mice2020

    • Author(s)
      Yasuyuki Niki, Yusuke Ujihara, Kota Yamada, Saya Yatagai, Koji Toda
    • Organizer
      日本動物心理学会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report

URL: 

Published: 2020-07-07   Modified: 2024-03-26  

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