快と不快による行動決定の学習機構

• Project Area: Systems molecular ethology to understand the operating principle of the nervous system
• Project/Area Number: 21115517
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Biological Sciences
• Research Institution: Kansai Medical University
• Principal Investigator: 中村 加枝 関西医科大学, 医学部, 教授 (40454607)
• Project Period (FY): 2009 – 2010
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2010)
• Budget Amount: ¥10,790,000 (Direct Cost: ¥8,300,000、Indirect Cost: ¥2,490,000); Fiscal Year 2010: ¥5,460,000 (Direct Cost: ¥4,200,000、Indirect Cost: ¥1,260,000); Fiscal Year 2009: ¥5,330,000 (Direct Cost: ¥4,100,000、Indirect Cost: ¥1,230,000)
• Keywords: 尾状核 / 線条体 / サル / 眼球課題 / 大脳基底核 / 報酬 / 嫌悪 / セロトニン / ドパミン / コストベネフィット / 縫線核

Research Abstract

[目的]大脳基底核線条体の中でも尾状核が、報酬・嫌悪刺激による行動決定にどのようにかかわっているかを明らかにする。眼球課題遂行中のサルにおいて、腹側、最腹側尾状核の神経活動の報酬情報や学習による変化を単一神経細胞レベルでより高い時間解像度で検証し、背側尾状核と比較した。
[実験内容]眼球運動の方向により報酬の量が異なる行動課題における背側・腹側尾状核ニューロンの応答を2頭のカニクイザルで記録した。[結果]尾状核の中での部位すなわち背側、腹側、最腹側によって課題関連活動に差がみられた。背側では眼球運動のTarget呈示前の準備的な神経活動が報酬の方向によって異なるニューロンが多く見られた。それに対し、腹側・最腹側のニューロンは、サッケード後、実際報酬を期待または消費する場合に強い発火を示した。さらに、腹側尾状核を中心に、動物がエラーを起こした際に発火するもの、期待していなかった報酬が得られた場合に発火するもの(ドパミン細胞のpositive reward prediction error signalと相似)、課題を始めた際持続的に発火するものも認められた。これらはすべて、前頭葉内側面皮質で報告されてきた神経活動変化と共通しており、腹側線条体->前頭葉内側面皮質という解剖学的な投射と総合すると、この経路が、報酬情報による行動の変換の神経メカニズムである可能性があると考えられた。
[意義重要性]背側尾状核においては、報酬や眼球運動に関する神経活動が十分調べられているが、腹側尾状核については霊長類に関しては情報が少なかった。今回の実験により、尾状核の中でも機能的な違いがあることが明らかになった。背側部は運動の計画、腹側尾状核は結果の評価を中心に行っていると考えられる。これまでの研究から尾状核は背、腹側、最腹側で大脳皮質や皮質下組織との解剖学的結合が異なることが知られていたが、今回の機能的なマッピングの結果はこれに一致していた。

Research Products

• [Journal Article] Serotonin and dopamine : Unifying affective, activational, and decision functions (2011)
  • Author(s): Cool, R., Nakamura, K., Daw, N.D.
  • Journal Title: Neuropsychopharmacology Volume: 36 Pages: 98-113
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Cerebromalacia with epilepsy and cortical blindness in a laboratory Japanese macaque(Macaca fuscata) (2010)
  • Author(s): Yoshizawa, K., Nakao, K., Habiro, M., Hayashi, K., Kuwata, M., Uehara, N., Takashi, Y., Nakamura, K., Tsubura, A.
  • Journal Title: Toxicologic Pathology Volume: 38(7) Pages: 1058-1063
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Coding of task reward value in the dorsal raphe nucleus (2010)
  • Author(s): Bromberg-Martin, E.S., Hikosaka, O., Nakamura, K.
  • Journal Title: The Journal of Neuroscience Volume: 30(18) Pages: 6262-6272
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Coding of task reward value in the dorsal raphe nucleus (2010)
  • Author(s): Bromberg-Martin, E.S., Hikosaka, O., Nakamura, K.
  • Journal Title: The Journal of Neuroscience (In press)
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Neural processing of appetitive and aversive stimuli in the primate dorsal raphe nucleus. (2010)
  • Author(s): Hayashi, K., Nakao, K., Okada, K., Kobayashi, Y., Nakamura, K.
  • Organizer: Society for Neuroscience
  • Place of Presentation: San Diego Convention Center (San Diego, USA)
  • Year and Date: 2010-11-15
• [Presentation] Positive and negative reward value coding in the primate lateral hypothalamus. (2010)
  • Author(s): Noritake, A., Nakamura, K.
  • Organizer: Society for Neuroscience
  • Place of Presentation: San Diego Convention Center (San Diego, USA)
  • Year and Date: 2010-11-15
• [Presentation] 価値に基づく意思決定の神経機構-新たな展開New perspectives on value-based decision making (2010)
  • Author(s): Nakamura, K.
  • Organizer: 日本神経科学会
  • Place of Presentation: 神戸コンベンションセンター(神戸)
  • Year and Date: 2010-09-04
• [Presentation] サル背側縫線核における報酬および嫌悪刺激の情報表現Neuronal coding of rewarding and aversive stimuli in the primate dorsal raphe mucieus (2010)
  • Author(s): Hayashi, K., Nakao, K., Okada, K., Kobayashi, Y., Nakamura, K.
  • Organizer: 日本神経科学会
  • Place of Presentation: 神戸コンベンションセンター(神戸)
  • Year and Date: 2010-09-04
• [Presentation] サル視床下部外側野における報酬情報表現は部位により異なるRward-coding by the primate lateral hypothalamus is spatially distinct (2010)
  • Author(s): Noritake, A., Nakamura, K.
  • Organizer: 日本神経科学会
  • Place of Presentation: 神戸コンベンションセンター(神戸)
  • Year and Date: 2010-09-04
• [Presentation] 報酬獲得行動におけるドパミンとセロトニンの役割 (2009)
  • Author(s): 中村加枝
  • Organizer: 神経科学セミナー
  • Place of Presentation: 東京都神経科学研究所, 東京
  • Year and Date: 2009-12-15
• [Presentation] Coding of appetitive and aversive value in the primate dorsal raphe nucleus (2009)
  • Author(s): 中村加枝
  • Organizer: 玉川大学国際シンポジウム
  • Place of Presentation: 玉川大学, 東京
  • Year and Date: 2009-11-14
• [Presentation] Positive and negative value coding in the primate dorsal raphe nucleus (2009)
  • Author(s): Nakamura, K., Kobayashi, Y., Okada, O., Noritake, A., Matsuzaki, R., Nakao, K.
  • Organizer: Society for Neuroscience
  • Place of Presentation: McCormick Place. Chicago, USA
  • Year and Date: 2009-10-20
• [Presentation] Reward-dependent modulation of neuronal activity in the primate ventral striatum (2009)
  • Author(s): Nakamura, K., Nakao, K., Matsuzaki, R.
  • Organizer: 日本神経科学会
  • Place of Presentation: 名古屋国際会議場, 名古屋
  • Year and Date: 2009-09-16
• [Presentation] Reward coding by the primate dorsal raphe neurons is context dependent (2009)
  • Author(s): Nakamura, K., Kobayashi, Y., Okada, O., Noritake, A., Matsuzaki, R., Nakao, K.
  • Organizer: 日本神経科学会
  • Place of Presentation: 名古屋国際会議場, 名古屋
  • Year and Date: 2009-09-16
• [Presentation] ドパミンとセロトニンによる報酬獲得行動の制御のメカニズム (2009)
  • Author(s): 中村加枝
  • Organizer: 第27回頭頸部自律神経研究会
  • Place of Presentation: ホテルグランヴィア大阪, 大阪
  • Year and Date: 2009-08-29
• [Remarks]
  • URL: http://www.kmu.ac.jp/depts/intro/physiol2.html
• [Remarks]
  • URL: http://www.kmu.ac.jp/depts/intro/physiol2.html