Comparative Cognitive Neuroscience on Timing and Time Perception

• Project Area: Chronogenesis: how the mind generates time
• Project/Area Number: 19H05316
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Complex systems
• Research Institution: Keio University
• Principal Investigator: 兎田 幸司 慶應義塾大学, 文学部(三田), 助教 (60794948)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2021-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2020)
• Budget Amount: ¥3,510,000 (Direct Cost: ¥2,700,000、Indirect Cost: ¥810,000); Fiscal Year 2020: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2019: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
• Keywords: 時間知覚 / 条件づけ / 運動 / 学習 / リッキング / オプトジェネティクス / ケモジェネティクス / マウス / 時間 / カルシウムイメージング

Outline of Research at the Start

ヒトを含めた動物に時間認識はあるのか、それは物質である脳の電気化学的な活動からどのようにして生まれ、いかに進化を遂げたのか。本研究では、時間認識の心理学的・神経生物学的な理解のために、比較認知神経科学による分野横断的アプローチを用いて、動物の時間認識を解明する。自らが樹立した時間認識を調べるための効果的な行動課題を、最初期遺伝子の発現や、オプトジェネティクス、カルシウムイメージングなどの技術と融合させることによって、脳内で「時間」に関する情報がどのように生成され、どのようにその破綻が生じるのかについて解明する。

Outline of Annual Research Achievements

「時間とは何か」という疑問は、古来より、心理学者だけではなく、芸術家、小説家、哲学者、科学者、そして一般高等市民の心を捉えてやむことのなかった、根元的で深遠な、人類史上の最重要課題の一つである。その「時間」を認識する心や意識の働きとされるような認知機能が、物質である脳の電気化学的な活動の結果として、どのように生じているのかという疑問は、現代においても依然として謎に包まれたままである。こうした「時間の認識」は、視覚や聴覚など他の知覚系とは異なり、時間だけを処理する受容体や、時間の情報のみを担っている脳の部位が存在しない。ヒトを含めた動物は、自らを取り巻く外部の世界から受け取る感覚情報と、自己の感覚と運動の情報を統合することによって、時間の認識を生み出さなくてはならない。本研究においては、新しい行動実験系を主軸に据えて、行動の出力として直接的な運動制御を担っている脳幹から、認知機能を担っていると考えられる大脳皮質へと投射元を辿っていくことによって、「運動」と、「時間」の認知情報を処理している神経生物学的基盤を分離し、時間情報が生成される過程について明らかにすることを目的としていた。今年度は、時間認識課題遂行中の薬理学的および光遺伝学的な神経活動の操作によって、特に海馬の各領域やその入出力関係にある外側中隔核や嗅内皮質を中心とした脳領域の活動の変化が時間の知覚に及ぼす影響を明らかにした。

Research Progress Status

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] Duke University/University of Tennessee(米国)
• [Journal Article] Dysregulation of the Synaptic Cytoskeleton in the PFC Drives Neural Circuit Pathology, Leading to Social Dysfunction (2020)
  • Author(s): Kim Il Hwan, Kim Namsoo, Kim Sunwhi, Toda Koji, Catavero Christina M., Courtland Jamie L., Yin Henry H., Soderling Scott H.
  • Journal Title: Cell Reports Volume: 32 Issue: 4 Pages: 107965-107965
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2020.107965
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Dysregulation of the Synaptic Cytoskeleton in the PFC Drives Neural Circuit Pathology Leading to Social Dysfunction. (2020)
  • Author(s): Il Hwan Kim, Namsoo Kim, Sunwhi Kim, Koji Toda, Christina M. Catavero, Jamie L. Courtland, Henry H. Yin, Scott H. Soderling
  • Journal Title: Cell Reports Volume: -
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] Effects of systemic oxytocin manipulations on social hierarchy in mice. (2020)
  • Author(s): Nasukawa, D., Ujihara, Y., Yamada, K., Yatagai, S. & Toda, K.
  • Organizer: 日本動物心理学会第80回大会
• [Presentation] Conditioned licking suppression in head-fixed mice. (2020)
  • Author(s): Niki, Y., Ujihara, Y., Yamada, K., Yatagai, S. & Toda, K.
  • Organizer: 日本動物心理学会第80回大会
• [Presentation] Reversal learning in head-fixed mice. (2020)
  • Author(s): Toda K., Yamamoto K., Yamada, K., Niki, Y., Nasukawa, D., Yatagai, S. & Ujihara, Y.
  • Organizer: 日本動物心理学会第80回大会
• [Presentation] Effects of pharmacological manipulations of dopamine receptors on learning and memory in head-fixed mice. (2020)
  • Author(s): Yamada, K., Ujihara, Y. & Toda, K.
  • Organizer: 日本動物心理学会第80回大会
• [Presentation] Effects of optogenetic manipulations of GABAergic neurons in the hippocampus on interval timing in head-fixed mice. (2020)
  • Author(s): Yatagai, S., Ujihara, Y., Niki, Y., Yamada, K., Sakurai, K. & Toda, K.
  • Organizer: 日本動物心理学会第80回大会
• [Presentation] Developing new auditory prosthesis: auditory perception evoked by trans-tympanic laser stimulation in Mongolian gerbil. (2020)
  • Author(s): Uenaka, M., Tamai, Y., Ito, Y., Toda, K., Hiryu, S. & Kobayasi, KI.
  • Organizer: 日本比較生理生化学会第42回大会
• [Presentation] Let there be sound: auditory perception evoked by trans-tympanic laser stimulation in Mongolian gerbils. (2020)
  • Author(s): Uenaka, M., Tamai, Y., Ito, Y., Toda, K., Hiryu, S. & Kobayasi, KI.
  • Organizer: 日本動物心理学会第80回大会
• [Presentation] Effects of pharmacological manipulations on interval timing in head-fixed mice. (2020)
  • Author(s): Ujihara, Y., Yatagai, S., Niki, Y., Yamada, K. & Toda, K.
  • Organizer: 日本動物心理学会第80回大会
• [Presentation] Does laser irradiation of auditory nerves create auditory perception? (2020)
  • Author(s): Tamai, Y., Uenaka, M., Ito, Y., Toda, K., Furuyama, T., Hiryu, S. & Kobayasi, KI.
  • Organizer: 日本神経科学学会第43回大会
• [Presentation] Neural mechanism of time perception. (2020)
  • Author(s): Toda, K., Yatagai, S., Yamada, K., Yamamoto, K., Sakurai, K., Meck, WH. & Yin, HH.
  • Organizer: 日本生理学会第97回大会
  • Invited
• [Presentation] Understanding the properties of learning by extracting behavioral elements with machine learning in mice. (2019)
  • Author(s): Yamada, K. & Toda, K.
  • Organizer: 日本動物心理学会第79回大会
• [Presentation] Neural correlates of time perception in head-fixed mice. (2019)
  • Author(s): Yatagai, S., Yamada, K., Yamamoto, K., Sakurai, K. & Toda, K.
  • Organizer: 日本動物心理学会第79回大会
• [Presentation] Laser induced auditory perception in Mongolian gerbil (Meriones unguiculatus). (2019)
  • Author(s): Tamai, Y., Uenaka, M., Ito, Y., Furuyama, T., Horinouchi, K., Murashima, N., Mithimoto, I., Toda, K., Hiryu, S. & Kobayasi, KI.
  • Organizer: 日本比較生理生化学会第43回大会