学習意欲と疲労耐性による強化学習の神経基盤研究

• Project Area: Replacement of Neanderthals by Homo sapiens: testing evolutionary models of learning
• Project/Area Number: 25101710
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Humanities and Social Sciences
• Research Institution: The Institute of Physical and Chemical Research
• Principal Investigator: 水野 敬 独立行政法人理化学研究所, ライフサイエンス技術基盤研究センター, 基礎科学特別研究員 (60464616)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2015-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2014)
• Budget Amount: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2014: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000); Fiscal Year 2013: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
• Keywords: 意欲 / 疲労 / 灰白質 / VBM / ｆMRI / 学習 / 神経基盤 / ワーキングメモリ / fMRI

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、機能的磁気共鳴画像法（functional Magnetic Resonance Imaging, fMRI）を用いて、学習行動に直結する学習意欲、および学習の持続性に寄与する疲労耐性による個体学習強化の神経基盤を解明し、その神経基盤を担う脳部位が、旧人と新人の形態学的差によって特徴づけられる部位であるか、当該領域研究との連携により検証することを目的とした。健常成人を対象に、脳内の灰白質体積量をVoxel Based Morphometry（VBM）法を用いて推定し、自己記入式質問票のChalder’s Fatigue Scaleにより算出した疲労度と灰白質体積量間の相関解析を行い、前頭前野外側部や頭頂葉の萎縮レベルと亜急性疲労レベル間の相関性を見出した。これらの脳領域は、ワーキングメモリ処理に重要な領域であり、fMRIにより2-back task（ディスプレイ上に、2個前に呈示された数字が、現在呈示されている数字と一致するか否かの判定を要するワーキングメモリ課題）作業中にもこれらの領域の活性を有することを確認した。当該領域研究班が明らかにした旧人の復元脳プロジェクト成果と本研究成果を擦り合わせると、現生人類における疲労耐性力は頭頂葉の灰白質体積に関連する可能性が見出されたことから、旧人の頭頂葉の低体積は、疲労耐性力が低かったことを示唆する。本研究とRNMHプロジェクトの融合研究は、脳形態差に基づく疲労耐性およびワーキングメモリの機能差が新人と旧人の交代劇を引き起こした新たな可能性を導いた。

Research Progress Status

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Presentation] 疲労による脳の構造的変化 (2015)
  • Author(s): 水野 敬，定藤規弘，渡辺恭良
  • Organizer: 第11回日本疲労学会総会・学術集会
  • Place of Presentation: 山口県総合保健会館（山口市）
  • Year and Date: 2015-05-15
  • Invited
• [Presentation] 学習意欲および疲労耐性の神経基盤と脳形態情報 (2015)
  • Author(s): 水野 敬
  • Organizer: ネアンデルタールとサピエンス交替劇の真相 -学習能力の進化に基づく実証的研究- 第10回研究大会
  • Place of Presentation: 高知会館（高知市）
  • Year and Date: 2015-03-07 – 2015-03-08
• [Presentation] Brain structural and functional analyses for motivation to learn, fatigue and cognitive function (2014)
  • Author(s): Kei Mizuno
  • Organizer: The Second International Conference on Replacement of Neanderthals by Modern Humans: Testing Evolutionary Models of Learning (RNMH) 2014
  • Place of Presentation: Hokkaido, Japan
  • Year and Date: 2014-12-02
• [Presentation] 学習意欲・疲労の神経基盤と脳形態解析 (2014)
  • Author(s): 水野 敬
  • Organizer: ネアンデルタールとサピエンス交替劇の真相 -学習能力の進化に基づく実証的研究- 第9回研究大会
  • Place of Presentation: 東京大学理学部小柴ホール（東京）
  • Year and Date: 2014-05-11
• [Presentation] 学習意欲と疲労に関する神経基盤と脳形態についての検討 (2013)
  • Author(s): 水野 敬
  • Organizer: ネアンデルタールとサピエンス交替劇の真相 -学習能力の進化に基づく実証的研究- 第8回研究大会
  • Place of Presentation: 京都大学稲盛財団記念館（京都）
• [Presentation] 内発的報酬による社会・個体学習強化の神経基盤解明のための研究戦略 (2013)
  • Author(s): 水野 敬
  • Organizer: ネアンデルタールとサピエンス交替劇の真相 -学習能力の進化に基づく実証的研究- 第7回研究大会
  • Place of Presentation: 東京大学理学部2号館講堂（東京）
• [Book] Replacement of Neanderthals by Modern Humans Series (Dynamics of Learning in Neanderthals and Modern Humans, Vol. 2, Cognitive and Physical Perspectives) (2013)
  • Author(s): Mizuno Kei
  • Publisher: Springer