動作の学習のための動作情報保持の神経細胞・回路機構

• Project Area: Mesoscopic neurocircuitry: towards understanding of the functional and structural basis of brain information processing
• Project/Area Number: 25115709
• 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: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 森田 賢治 東京大学, 教育学研究科(研究院), 講師 (60446531)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2015-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2014)
• Budget Amount: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000); Fiscal Year 2014: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000); Fiscal Year 2013: ¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000)
• Keywords: 大脳皮質

Outline of Annual Research Achievements

大脳皮質前頭葉五層の錐体細胞の、錐体路と線条体に軸索を伸ばすサブタイプ（Corticopontine / pyramidal tract cells, CPn/PT細胞）、および、それと混在しており、線条体に投射するが錘体路には投射しない別のサブタイプ（Crossed corticostriatal cells, CCS細胞）について、形態データおよび生理データを元にした数理モデリングを進め、モデルの精緻化を行った。様々な大きさの一定電流入力に対する応答（発火の度合）に加えて、過分極性の電流を入力した際に見られる"sag"の性状についても焦点を当て、過分極によって活性化される陽イオンチャネル（hチャネル）の樹状突起上の密度分布などを含めて、それぞれのサブタイプにおける、細胞膜上のイオンチャネルの存在の度合いについて、チューニングを進めた。また、振動的な入力に対する応答について最近報告された研究も含め、文献上のデータ知見も参照し、それらを再現しうるパラメータの探索を行い、二つのサブタイプについてのモデルを得た。その上で、得られたモデルを用いて、尖端樹状突起に様々な周波数で集団的に振動する抑制性入力を加えた場合の応答をシミュレーションによって調べ、これら二つのサブタイプにどのような違いがあるかを検討した。さらにシミュレーションを進めて、二つのサブタイプが、動作の強化学習および制御において、いかなる役割を果たしているかについての示唆が得られることが期待される。また、以上と並行して、CS-TD仮説のヒトにおける実験的検証について、行動の結果として正・負のポイントが確率的に得られる課題の開発、およびモデルフィッティングを含めた解析法の検討を、試験的実施を含めて進めた。さらに研究を進め、仮説の妥当性について実験的示唆が得られることが期待される。

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

• [Journal Article] Differential cortical activation of the striatal direct and indirect pathway cells: reconciling the anatomical and optogenetic results by using a computational method (2014)
  • Author(s): Kenji Morita
  • Journal Title: Journal of Neurophysiology Volume: 112 Issue: 1 Pages: 120-146
  • DOI: 10.1152/jn.00625.2013
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Striatal dopamine ramping may indicate flexible reinforcement learning with forgetting in the cortico-basal ganglia circuits (2014)
  • Author(s): Kenji Morita, Ayaka Kato
  • Journal Title: Frontiers in Neural Circuits Volume: 8 Pages: 36-36
  • DOI: 10.3389/fncir.2014.00036
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Control of layer 5 pyramidal cell spiking by oscillatory inhibition in the distal apical dendrites: a computational modelling study (2013)
  • Author(s): Xiumin Li, Kenji Morita, Hugh P. C. Robinson, Michael Small
  • Journal Title: Journal of Neurophysiology Volume: 109 Issue: 11 Pages: 2739-2756
  • DOI: 10.1152/jn.00397.2012
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Dopaminergic control of motivation and reinforcement learning: a closed-circuit account for reward-oriented behavior (2013)
  • Author(s): Kenji Morita, Mieko Morishima, Katsuyuki Sakai, Yasuo Kawaguchi
  • Journal Title: The Journal of Neuroscience Volume: 33 Issue: 20 Pages: 8866-8890
  • DOI: 10.1523/jneurosci.4614-12.2013
  • Peer Reviewed
• [Presentation] The corticostriatal temporal difference (CS-TD) hypothesis: An alternative to the Go/No-Go learning hypothesis for the functions of the basal ganglia in value learning (2014)
  • Author(s): Kenji Morita
  • Organizer: Society for Neuroscience 2014 Annual Meeting
  • Place of Presentation: Washington Convention Center
  • Year and Date: 2014-11-17
• [Presentation] 大脳皮質・基底核神経回路の構造から価値学習の機構を探る（Exploring the mechanisms of value learning from the architecture of the cortico-basal ganglia circuits） (2014)
  • Author(s): 森田賢治
  • Organizer: 第37回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜
  • Year and Date: 2014-09-12
• [Presentation] 線条体におけるドーパミン濃度の穏やかな上昇を説明する強化学習モデルの検討（Exploring models of reinforcement learning to explain the ramping DA signal in the striatum） (2014)
  • Author(s): 加藤郁佳, 森田賢治
  • Organizer: 第37回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜
  • Year and Date: 2014-09-12
• [Presentation] Effects of manipulations of the basal ganglia pathways on reversal learning and time preference: Predictions of the corticostriatal temporal difference (TD) hypothesis with implications for addiction (2013)
  • Author(s): Kenji Morita, Yasuo Kawaguchi
  • Organizer: Society for Neuroscience, 2013 Annual Meeting
  • Place of Presentation: San Diego Convention Center
  • Year and Date: 2013-11-11
• [Presentation] Involvements of Basal Ganglia Pathways in Reversal Learning and Time Preference: Predictions of the Corticostriatal Temporal Difference (TD) Hypothesis (2013)
  • Author(s): Kenji Morita, Yasuo Kawaguchi
  • Organizer: 2013 Society for Neuroeconomics Annual Meeting
  • Place of Presentation: Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne
  • Year and Date: 2013-09-28
• [Presentation] 強化学習の神経回路機構：ドーパミンによる報酬予測誤差の表象機構に関する新たな仮説（Neural circuit mechanism of reinforcement learning: a new hypothesis on the mechanism of dopaminergic representation of reward prediction error） (2013)
  • Author(s): 森田 賢治, 森島 美絵子, 坂井 克之, 川口 泰雄
  • Organizer: Neuro2013（第36回日本神経科学大会・第23回日本神経回路学会大会・第56回日本神経化学会大会）
  • Place of Presentation: 国立京都国際会館
  • Year and Date: 2013-06-21