霊長類ドーパミン経路における価値判断を操作するスパイクパターンの同定

• Project Area: Brain information dynamics underlying multi-area interconnectivity and parallel processing
• Project/Area Number: 18H05131
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 雨森 賢一 京都大学, 白眉センター, 特定准教授 (70344471)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2020-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2019)
• Budget Amount: ¥5,720,000 (Direct Cost: ¥4,400,000、Indirect Cost: ¥1,320,000); Fiscal Year 2019: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000); Fiscal Year 2018: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000)
• Keywords: 霊長類 / DREADD / 不安障害 / 意思決定 / 側坐核 / 腹側被蓋野 / 接近回避葛藤 / 化学遺伝学 / 線条体 / 不安と葛藤 / ドーパミン / 情動 / 大脳基底核

Outline of Annual Research Achievements

近年、不安障害や鬱病に因果的に関わると考えられる神経回路が、大脳辺縁系－基底核に広く分散して存在することがわかってきた。この「不安回路」の下流域には、側坐核 (NAc) や線条体ストリオソーム構造があり、ドーパミン (DA) 細胞に直接投射している。このことから申請者は、不安障害や鬱病に伴う罰の過大評価は NAc による DA 制御の異常によって引き起こされる、という仮説を立てた。この仮説を検証するために、罰の価値判断を定量的に評価できる接近回避 (Approach-Avoidance, Ap-Av) の葛藤課題をマカクザルに訓練する。課題遂行中に、化学遺伝学手法を用いて NAc から腹側被蓋野 (VTA) 内の DA 細胞へ至る経路を選択的に操作する。この操作により罰の価値判断がどのように変化するかを Ap-Av 葛藤課題を用いてを行動レベルで評価し、NAc-VTA 経路が「不安」状態の生成に因果的に関わることを示す。同時に DA 細胞応答を記録し、NAc-DA 制御を単一細胞レベルで分析する。また大脳基底核の広範囲な領野から、多点埋め込み電極によって神経活動を同時記録し「不安」状態の神経活動指標 を見つけ出す。鬱や不安障害に因果的に関わる局所回路が、どのように DA 応答を制御し、どのように「不安」状態が引き起こすのかを、ヒトと相同な脳構造を持つ霊長類において包括的に明らかにし、ヒトの精神障害の治療につながる神経操作技術の確立に寄与する。
2019年度は、筆頭著者として２つの論文を出版（うち一つは責任著者）、共著者として２つの論文を出版した。また、１２の口頭発表を行った。４つの競争的資金を獲得した。
研究では、行動課題遂行中のマカクザルに化学遺伝学的手法を適用し、NAcの選択的な活動の抑制を行い、行動の変化と神経活動の抑制的変化を観察した。この研究成果を学会で発表した。

Research Progress Status

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] マサチューセッツ工科大学(米国)
• [Int'l Joint Research] ハーバード大学(米国)
• [Int'l Joint Research] ブラウン大学(米国)
• [Journal Article] Approach-Avoidance Conflict in Major Depressive Disorder: Congruent Neural Findings in Humans and Nonhuman Primates (2020)
  • Author(s): Ironside Maria、Amemori Ken-ichi、McGrath Callie L.、Pedersen Mads Lund、Kang Min Su、Amemori Satoko、Frank Michael J.、Graybiel Ann M.、Pizzagalli Diego A.
  • Journal Title: Biological Psychiatry Volume: 87 Issue: 5 Pages: 399-408
  • DOI: 10.1016/j.biopsych.2019.08.022
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Striatal Beta Oscillation and Neuronal Activity in the Primate Caudate Nucleus Differentially Represent Valence and Arousal Under Approach-Avoidance Conflict (2020)
  • Author(s): Amemori Ken-ichi、Amemori Satoko、Gibson Daniel J.、Graybiel Ann M.
  • Journal Title: Frontiers in Neuroscience Volume: 14 Pages: 89-89
  • DOI: 10.3389/fnins.2020.00089
  • NAID: 120006826716
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Microstimulation of primate neocortex targeting striosomes induces negative decision‐making (2020)
  • Author(s): Amemori Satoko、Amemori Ken‐ichi、Yoshida Tomoko、Papageorgiou Georgios K.、Xu Rui、Shimazu Hideki、Desimone Robert、Graybiel Ann M.
  • Journal Title: European Journal of Neuroscience Volume: 51 Issue: 3 Pages: 731-741
  • DOI: 10.1111/ejn.14555
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Predominant Striatal Input to the Lateral Habenula in Macaques Comes from Striosomes (2019)
  • Author(s): Hong Simon、Amemori Satoko、Chung Emily、Gibson Daniel J.、Amemori Ken-ichi、Graybiel Ann M.
  • Journal Title: Current Biology Volume: 29 Issue: 1 Pages: 51-61.e5
  • DOI: 10.1016/j.cub.2018.11.008
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Striatal Microstimulation Induces Persistent and Repetitive Negative Decision-Making Predicted by Striatal Beta-Band Oscillation (2018)
  • Author(s): Amemori Ken-ichi、Amemori Satoko、Gibson Daniel J.、Graybiel Ann M.
  • Journal Title: Neuron Volume: 99 Issue: 4 Pages: 829-841.e6
  • DOI: 10.1016/j.neuron.2018.07.022
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Miniaturized neural system for chronic, local intracerebral drug delivery (2018)
  • Author(s): Dagdeviren Canan、Ramadi Khalil B.、Joe Pauline、Spencer Kevin、Schwerdt Helen N.、Shimazu Hideki、Delcasso Sebastien、Amemori Ken-ichi、Nunez-Lopez Carlos、Graybiel Ann M.、Cima Michael J.、Langer Robert
  • Journal Title: Science Translational Medicine Volume: 10 Issue: 425 Pages: 2742-2742
  • DOI: 10.1126/scitranslmed.aan2742
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Presentation] Role of striosome-matrix compartments in modular reinforcement learning: how striatal dysfunction induces persistent and repetitive decision-making (2020)
  • Author(s): 雨森 賢一
  • Organizer: MACS International Symposium: Computational principles in active perception and reinforcement learning 2020年2月14日 MACS教育プログラム
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Physiological and Genetic Approaches to Identify Primate Cortico-Basal Ganglia Structures Generating Anxiety (2020)
  • Author(s): 雨森 賢一
  • Organizer: ASHBi SEMINAR
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Striatal beta oscillation in the primate caudate nucleus sequentially responded to valence and arousal under approach-avoidance conflict (2019)
  • Author(s): 雨森 賢一
  • Organizer: 「オシロロジー」 2019 年度第2回領域会議
  • Invited
• [Presentation] Physiological and Genetic Approaches to Identify Primate Striatal Structures Causally Involved in Generating Anxiety (2019)
  • Author(s): 雨森 賢一
  • Organizer: 第4回「脳情報動態」領域会議
  • Invited
• [Presentation] ヒトとマカクザルで共通した不安と葛藤に対する帯状回応答 (2019)
  • Author(s): 雨森 賢一
  • Organizer: 第176回 白眉セミナー
  • Invited
• [Presentation] 接近回避葛藤下の意思決定を制御する前帯状皮質膝前部－ストリオソーム回路 (2019)
  • Author(s): 雨森 賢一
  • Organizer: 第6回アジア神経精神薬理学会(AsCNP2019、第49回日本神経精神薬理学会(JSNP2019)、 第29回日本臨床精神神経薬理学会(JSCNP2019)
  • Invited
• [Presentation] 霊長類尾状核のベータ波活動と神経活動は葛藤下の意思決定の価値と意欲を別々に再現する (2019)
  • Author(s): 雨森 賢一
  • Organizer: NEURO2019 (第42回日本神経科学大会、第62回日本神経化学会大会) 2019年7月27日
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Primate cortico-striosome circuit was causally related to the induction of pessimistic decision-making (2019)
  • Author(s): 雨森 賢一
  • Organizer: Neuroscience 2019 サテライトシンポジウム 大脳基底核の機能と疾患の新たな理解~基礎と臨床~
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 接近回避葛藤下の意思決定を制御する前帯状皮質膝前部－ストリオソーム回路 (2019)
  • Author(s): 雨森 賢一
  • Organizer: 「脳情報動態」第3回領域会議
  • Invited
• [Presentation] Striatal beta oscillation and neuronal activity in the primate caudate nucleus differentially represent valence and arousal under approach-avoidance conflict (2019)
  • Author(s): 雨森 賢一
  • Organizer: 「オシロロジー」 2019 年度第 1 回領域会議
  • Invited
• [Presentation] 霊長類の不安回路を計算論でひも解く (2019)
  • Author(s): 雨森 賢一
  • Organizer: 人工知能学会全国大会 企画セッション「22世紀チャレンジ」
  • Invited
• [Presentation] 接近回避葛藤下の意思決定をコントロールする帯状回皮質－ストリオソーム回路 (2019)
  • Author(s): 雨森 賢一
  • Organizer: 生命機能研究科セミナー （大阪大学基礎工学部）
  • Invited
• [Presentation] Cortico-basal ganglia circuits generating anxiety-like states in primates. (2018)
  • Author(s): K Amemori
  • Organizer: German?Japanese Workshop, New Directions In Systems Neuroscience (University of T?bingen)
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] A cortico-basal ganglia circuit generating anxiety-like state in primates. (2018)
  • Author(s): K Amemori
  • Organizer: Hakubi Annual Report (Kyoto University) 2019.
  • Invited
• [Presentation] Cortico-striosome pathway in decision-making and anxiety (2018)
  • Author(s): Ken-ichi Amemori
  • Organizer: The Hakubi Autumn Camp (Hakubi Center, Kyoto University)
  • Invited
• [Presentation] Dissociable roles of cortico-striatal circuits in inducing abnormally repetitive negative decisions in primates (2018)
  • Author(s): Ken-ichi Amemori
  • Organizer: Interdisciplinary Seminar on Primatology (Primate Research Institute, Kyoto University)
  • Invited
• [Presentation] Identification of primate emotional circuits controlling anxiety and persistency (2018)
  • Author(s): Ken-ichi Amemori
  • Organizer: Conference for Joint Usage (Kyoto University Primate Research Institute)
  • Invited
• [Presentation] Beta oscillations in the primate striatum predict repetitive negative decision-making states induced by microstimulation (2018)
  • Author(s): Amemori K, Amemori S, Gibson DJ, Graybiel AM
  • Organizer: Society for Neuroscience Abstract
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Computational phenotyping of brain-behavioral relationships underlying approach-avoidance decision making in major depressive disorder (2018)
  • Author(s): Pedersen ML, Ironside M, McGrath CL, Amemori K, Kang M, Graybiel AM, Frank MJ, Pizzagalli DA
  • Organizer: Society for Neuroscience Abstract
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Electrochemical recording of striatal dopamine in non-human primates performing reward-biased tasks (2018)
  • Author(s): Schwerdt HN, Stanwicks L, Amemori K, Shimazu H, Yoshida T, Amemori S, Langer R, Cima MJ, Graybiel AM
  • Organizer: Society for Neuroscience Abstract
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Microstimulation of primate caudate nucleus induces an abnormal repetition of negative decisions predicted by beta oscillatory activity (2018)
  • Author(s): K Amemori, S Amemori, DJ Gibson, AM Graybiel
  • Organizer: The 41st Annual Meeting of the Japan Neuroscience Society
  • Int'l Joint Research
• [Book] ブレインサイエンスレビュー (2020)
  • Author(s): 雨森 賢一
  • Total Pages: 30
  • Publisher: クバプロ
• [Book] Clinical Neuroscience (2020)
  • Author(s): 雨森 賢一
  • Total Pages: 5
  • Publisher: 中外医薬
• [Remarks] 持続する悲観的な意思決定の源となる神経メカニズムを解明 －不安が頭から離れない原因とは－
  • URL: http://www.kyoto-u.ac.jp/ja/research/research_results/2018/180809_5.html
• [Remarks] Neuroscientists get at the roots of pessimism
  • URL: http://news.mit.edu/2018/neuroscientists-brain-caudate-nucleus-pessimism-decision-making-0809