Dynamics of functional connectivity between sensory and decision areas during context dependent decision making

Research Project

Project/Area Number	21K15608
Research Category	Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
Allocation Type	Multi-year Fund
Review Section	Basic Section 51010:Basic brain sciences-related
Research Institution	University of Yamanashi
Principal Investigator	須田悠紀山梨大学, 大学院総合研究部, 特任助教 (60775675)
Project Period (FY)	2021-04-01 – 2024-03-31
Project Status	Granted (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help	¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000) Fiscal Year 2023: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000) Fiscal Year 2022: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000) Fiscal Year 2021: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000)
Keywords	位相同期 / MT-LIP野 / 状況に応じた判断 / タスクスイッチ課題 / サル / 機能結合 / 抑制 / 同期活動 / MT‐LIP野
Outline of Research at the Start	様々な環境下で最適な行動を選択するためには、外界の状況に応じて適切に判断する脳機能が必要である。サル頭頂葉LIP野では、２つの判断課題をランダムに切り替えるタスクスイッチ課題の際、状況に応じて判断を形成する神経活動が生じている。では、課題状況に応じたLIP野からのトップダウン信号に伴って、適切な感覚情報を反映したボトムアップ信号は、感覚領野MT野からいかにして読み出されているのだろうか。本研究では、タスクスイッチ課題を行うサルのMT－LIP野同期活動より、両領野間のボトムアップとトップダウン信号を推定し、状況に応じた適切な判断を支える感覚－判断領野間の相互神経基盤を明らかにする。
Outline of Annual Research Achievements	様々な環境下で最適な行動を選択するためには、外界の状況に応じて適切に判断しなければならない。我々は、２つの判断課題をランダムに切り替えるタスクスイッチ課題をサルが行っている際、課題状況に応じた神経活動の変化が、感覚表象のMT野ではなく判断形成に関わるLIP野で生じていることを明らかにした。本研究では、表象された感覚情報を状況に応じて適切に読み出し判断するための相互神経ネットワークを明らかにする。そのため、状況に応じた判断が求められるタスクスイッチ課題を行うサルのMT野とLIP野から同期活動を計測し、両領野間の機能結合ダイナミクスを調べた。 MT・LIP野へ刺入した電極からタスクスイッチ課題時の局所電位（Local Field Potentail）をニホンザル2頭から測定し、両領野間の位相同期をPLV（Pairwise Locking Value）、PPC（Pairwise Phase Consistency）、dWPLI（debiased Weighted Phase Lag Index）から評価した。その結果、視覚刺激から眼球運動までの判断を形成する時間帯で、β帯域（14～30Hz）とGamma帯域（30～60Hz）でMT-LIP野間の同期活動が生じていることを認めた。これら同期活動は、眼球運動前500ms区間において、課題遂行に不必要なMT-LIP野ニューロンの組み合わせよりも、課題遂行に必要なMT-LIP野ニューロンの組み合わせで大きく生じていた。これらのことは、β帯域とGamma帯域の同期活動が状況に応じた適切な判断の形成に寄与している可能性が考えられる。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 課題に依存した位相同期が感覚－判断領野（MT-LIP野）間のβ帯域とγ帯域で生じていることを2頭のサルで明らかにできたため。
Strategy for Future Research Activity	サル2頭目からのデータ取得を継続しながら、位相同期の方向性を明らかにするためのPhase Slope Index解析やGranger Causality解析を進める。さらに、より大規模ニューロン集団における位相同期の計測に向けて、多点電極の導入を進める。また、学会発表（国内１、国外１）に向けた準備とともに、論文執筆を進める。