タイミング予測と意思決定に関わる皮質下信号の解析

• Project Area: Elucidation of neural computation for prediction and decision making: toward better human understanding and applications
• Project/Area Number: 24120503
• 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: Hokkaido University
• Principal Investigator: 田中 真樹 北海道大学, 医学(系)研究科(研究院), 教授 (90301887)
• Project Period (FY): 2012-04-01 – 2014-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2013)
• Budget Amount: ¥24,180,000 (Direct Cost: ¥18,600,000、Indirect Cost: ¥5,580,000); Fiscal Year 2013: ¥12,220,000 (Direct Cost: ¥9,400,000、Indirect Cost: ¥2,820,000); Fiscal Year 2012: ¥11,960,000 (Direct Cost: ¥9,200,000、Indirect Cost: ¥2,760,000)
• Keywords: 時間情報処理 / 予測 / 意思決定 / 小脳 / 基底核

Research Abstract

外界の出来事を予測し、適切なタイミングで意思決定を行うためには、時間の情報が不可欠である。本研究では、主にサルを用いて時間情報処理に関わる脳内機構を２種類の行動課題で調べた。
第一の研究では、一定の時間間隔で現れる視聴覚刺激の不意の欠落を検出させる（欠落オドボール課題）。これには試行ごとに異なる刺激間隔を学習し、次に現れる刺激のタイミングを予測し、欠落に対して予測誤差の信号を生成する必要がある。これまでに、小脳歯状核に刺激提示の時間間隔をコードするニューロン群を見いだしており、H25年度はこれをJ Neurosci誌に発表した。さらに本研究では運動性視床の神経活動を解析し、一定の成果をあげることができた。視床ニューロンの一部が繰り返し刺激に対する応答を興奮性から抑制性にスイッチすることを発見し、反応性から予測性の情報変換がこのレベルで行われていると考えられた。これらの成果は学会で報告するとともに、論文作成に向けて研究を継続している。
また、第二の課題では、手がかり刺激の提示後、一定の時間経過の後に自発的に眼球運動を行わせた。この課題の際に、漸増する準備活動を基底核（線条体）および小脳核（歯状核）で探索し、両部位の神経活動を比較検討した。前者は再現時間によって活動の上昇率が変化し、目標とするタイミングまでの相対的な時間経過をコードしているのに対し、後者では再現時間に関わらず、運動に一定時間先行して活動を上昇させ、運動タイミングの微調整に関与していることが示唆された。これらの研究成果も共同研究者の助教および学生が複数の学会で報告している。
申請者はこれらの成果をさらに大きく発展させるため、H25年度に新たに発足した新学術領域「こころの時間学」に計画班員として参加することとなった。重複制限のため、本公募課題はやむなく廃止することとしたが、研究は発展的に継続する。

Current Status of Research Progress

Reason

25年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

25年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Temporally specific sensory signals for the detection of stimulus omission in the primate deep cerebellar nuclei. (2013)
  • Author(s): Ohmae, S., Uematsu, A. & Tanaka, M.
  • Journal Title: J. Neurosci. Volume: -
  • NAID: 120005434489
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 時間の測り方 ―脳による時間の符号化 (2013)
  • Author(s): 田中真樹、國松 淳、大前彰吾
  • Journal Title: 脳と神経（Brain and Nerve） Volume: 65 Pages: 941-948
• [Journal Article] Retrospective and prospective information coding by different neurons in the prefrontal cortex. (2013)
  • Author(s): Matsushima A and Tanaka M
  • Journal Title: Neuro Report Volume: 24 Issue: 2 Pages: 73-78
  • DOI: 10.1097/wnr.0b013e32835c8d66
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Manipulation of object choice by electrical microstimulation in macaque frontal eye fields. (2013)
  • Author(s): Matsushima, A. Tanaka, M.
  • Journal Title: Cereb. Cortex Volume: -
  • NAID: 120005617268
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Neuronal correlates of multiple top-down signals during covert tracking of moving objects in macaque prefrontal cortex. (2012)
  • Author(s): Matsushima A and Tanaka M
  • Journal Title: Journal of Cognitive Neuroscience Volume: 24 Issue: 10 Pages: 2043-2056
  • DOI: 10.1162/jocn_a_00265
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Alteration of the timing of self-initiated but not reactive saccades by electrical stimulation in the supplementary eye field. (2012)
  • Author(s): Kunimatsu, J. & Tanaka, M.
  • Journal Title: Eur. J. Neurosci. Volume: 36 Issue: 9 Pages: 3258-3268
  • DOI: 10.1111/j.1460-9568.2012.08242.x
  • NAID: 10031131124
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 視床-大脳皮質経路による運動の制御：ニホンザルの眼球運動を指標とした研究（Role of the primate thalamocortical pathways in the generation of eye movements.） (2012)
  • Author(s): 國松 淳、田中真樹
  • Journal Title: 比較生理生化学会誌 Volume: 29 Pages: 235-241
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 小脳の時間情報処理：行動特性を支配するゲノム基盤と脳機能の解明 (2013)
  • Author(s): 田中真樹
  • Organizer: 平成24年度 京都大学霊長類研究所共同利用研究会
  • Place of Presentation: 京都大学霊長類研究所（犬山市）
  • Year and Date: 2013-03-16
  • Invited
• [Presentation] タイミング予測の神経機構 (2013)
  • Author(s): 田中真樹
  • Organizer: 第15回山形めまい研究会
  • Place of Presentation: 山形国際ホテル（山形市）
  • Year and Date: 2013-03-02
  • Invited
• [Presentation] Multiple components of prefrontal signals for covert tracking of moving object (2012)
  • Author(s): 田中真樹
  • Organizer: The 3rd International Symposium on Prefrontal Cortex
  • Place of Presentation: Kyoto Univ Inamori Cntr.（京都市）
  • Year and Date: 2012-11-29
  • Invited
• [Presentation] 線条体ドパミンによる自発的な運動のタイミング調節 (2012)
  • Author(s): 國松 淳, 田中真樹
  • Organizer: 第92回日本生理学会北海道地方会
  • Place of Presentation: 北海道大学（札幌市）
  • Year and Date: 2012-09-01
• [Presentation] Saccade target selection determines direction of cerebellar adaptation (2012)
  • Author(s): Habtemariam A, 松嶋藻乃, 田中真樹
  • Organizer: 第92回日本生理学会北海道地方会
  • Place of Presentation: 北海道大学（札幌市）
  • Year and Date: 2012-09-01
• [Presentation] 記憶すべき複数刺激の相対位置により異なる二つの符号化 (2012)
  • Author(s): 松嶋藻乃,田中真樹
  • Organizer: 第92回日本生理学会北海道地方会
  • Place of Presentation: 北海道大学（札幌市）
  • Year and Date: 2012-09-01
• [Presentation] 即時的な行動選択に関わる淡蒼球の神経活動 (2012)
  • Author(s): 吉田篤司, 田中真樹
  • Organizer: 第92回日本生理学会北海道地方会
  • Place of Presentation: 北海道大学（札幌市）
  • Year and Date: 2012-09-01
• [Presentation] サル視床ニューロンにおける反応性から予測性への活動変化 (2012)
  • Author(s): 松山 圭, 國松 淳, 田中真樹
  • Organizer: 第92回日本生理学会北海道地方会
  • Place of Presentation: 北海道大学（札幌市）
  • Year and Date: 2012-09-01
• [Presentation] タイミング予測の神経機構 (2012)
  • Author(s): 田中真樹
  • Organizer: システム神経科学セミナーシリーズ第4回
  • Place of Presentation: 国立精神神経センター神経研究所（東京都）
  • Year and Date: 2012-08-30
  • Invited
• [Presentation] サル前頭眼野の電気刺激による物体選択の操作．複数の刺激位置を記憶するための神経機構 (2012)
  • Author(s): 松嶋藻乃, 田中真樹
  • Organizer: 包括脳ワークショップ
  • Place of Presentation: 仙台国際センター（仙台市）
  • Year and Date: 2012-07-26
• [Presentation] 自発性サッカードのタイミング制御におけるドパミンの関与 (2012)
  • Author(s): 國松 淳, 田中真樹
  • Organizer: 第６回生理研Motor Control研究会
  • Place of Presentation: 生理学研究所（岡崎市）
  • Year and Date: 2012-06-23
• [Presentation] オドボール課題遂行中のサル視床ニューロンの予期的活動 (2012)
  • Author(s): 松山 圭, 國松 淳, 田中真樹
  • Organizer: 第６回生理研Motor Control研究会
  • Place of Presentation: 生理学研究所（岡崎市）
  • Year and Date: 2012-06-23
• [Presentation] Contribution of the cerebellum to perceptual prediction. (知覚的予測における小脳の役割)
  • Author(s): Matsushima, A., Itoh, S., Yoshida, A., Kurkin, S., Yabe, I., Sasaki, H., Tanaka, M.
  • Organizer: 第36回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: 京都国際会館（京都市）
• [Presentation] Neuronal representation of temporal information in the basal ganglia and the cerebellum. （基底核および小脳における時間情報の神経表現）
  • Author(s): Kunimatsu J, Ohmae S, Tanaka M
  • Organizer: 第36回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: 京都国際会館（京都市）
• [Presentation] Neuronal activity during rapid action selection in the primate globus pallidus external segment (即時的な行動選択に関わる淡蒼球外節の神経活動)
  • Author(s): Yoshida A, Tanaka M
  • Organizer: 第36回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: 京都国際会館（京都市）
• [Presentation] 一定の時間経過を報告する際の線条体ニューロンの活動．
  • Author(s): 鈴木智貴, 國松 淳, 田中真樹
  • Organizer: 平成25年度包括脳ネットワーク夏のワークショップ
  • Place of Presentation: 名古屋国際会議場（名古屋市）
• [Presentation] 時間再現における基底核と小脳の役割の比較
  • Author(s): 國松 淳、大前彰吾、鈴木智貴、田中真樹
  • Organizer: 第7回Motor control研究会
  • Place of Presentation: 東京大学（東京都）
• [Book] 第39章「視線の制御」（邦訳）カンデル神経科学（Principles of Neural Science, 5th ed） (2013)
  • Author(s): 田中真樹、松嶋藻乃
  • Publisher: 株式会社 メディカル・サイエンス・インターナショナル