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領野間・層間情報流の解析による前頭葉の予測・意思決定神経回路機構の解明

Publicly Offered Research

Project AreaElucidation of neural computation for prediction and decision making: toward better human understanding and applications
Project/Area Number 26120703
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)

Allocation TypeSingle-year Grants
Review Section Complex systems
Research InstitutionTohoku University

Principal Investigator

坂本 一寛  東北大学, 電気通信研究所, 助教 (80261569)

Project Period (FY) 2014-04-01 – 2016-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2015)
Budget Amount *help
¥9,750,000 (Direct Cost: ¥7,500,000、Indirect Cost: ¥2,250,000)
Fiscal Year 2015: ¥4,940,000 (Direct Cost: ¥3,800,000、Indirect Cost: ¥1,140,000)
Fiscal Year 2014: ¥4,810,000 (Direct Cost: ¥3,700,000、Indirect Cost: ¥1,110,000)
Keywordsサル / 運動前野 / 前頭前野 / 局所電場電位 / 周波数―時間解析 / 前頭葉 / 形操作課題 / 多重電極 / 電流源密度
Outline of Annual Research Achievements

本研究では、領野間・層間情報流の解析による前頭葉の予測と意思決定の神経回路機構の解明を目指す。この目的を達成するために、予測と意思決定を要求する行動課題である形操作課題と呼ばれる課題遂行中のサル外側前頭前野と背側運動前野から、多数の記録点が正確な間隔(200μm)で配置された電極(以下、多重電極)を用い、大脳皮質各層から神経活動を同時測定し、局所神経回路内の情報の流れを検討する。
平成27年度は、①背側運動前野から記録されたLFPの周波数成分の特徴的な時間変化の解析、②背側運動前野および外側前頭前野の特徴的変化と行動課題との関連性の解明、③新規・内視鏡型脳活動イメージングシステムの立ち上げを行った。
背側運動前野は、外側前頭前野とは全く異なるLFPの周波数-時間特性を示した。具体的には、課題開始時から意思決定可能な時期まで、ゆっくりした周波数(γ→β→θ帯域へ)の低下が見られた(①)。特に、試行開始直後のγ→β変化では、γ帯域が課題遂行の認知的側面に関連する状態から運動遂行に関連する状態へ変化する様(機能的シフト)や、運動遂行に関連する周波数成分がγ帯域からβ帯域への変化する様(周波数シフト)が特徴的な所見として見られた(②)。一方、外側前頭前野で特徴的な課題開始時のα→θ→δという周波数変化は、前の試行の正誤等の履歴と関連があった。また、意思決定可能な時期のθ、δ成分は、操作すべき形の形状、どのような操作をしようと考えているか、左右どちらの手を先に用いようとしているか等と相関があった。③については、内因性脳活動信号(フラビンタンパクイメージング)を覚醒ザル前頭葉第一次運動野において記録することに成功した。

Research Progress Status

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2015 Annual Research Report
  • 2014 Annual Research Report
  • Research Products

    (18 results)

All 2016 2015 2014

All Journal Article (6 results) (of which Peer Reviewed: 5 results,  Open Access: 3 results,  Acknowledgement Compliant: 3 results) Presentation (12 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results)

  • [Journal Article] 神経回路のレジリエンスと発火ゆらぎ2015

    • Author(s)
      坂本一寛
    • Journal Title

      システム/制御/情報

      Volume: 59 Pages: 342-347

    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Surprise signals in the supplementary eye field: fectified prediction errors drive exploration-exploitation transitions.2015

    • Author(s)
      Kawaguchi N, Sakamoto K, Saito N, Furusawa Y, Tanji J, Aoki M, Mushiake H
    • Journal Title

      J Neurophysiol

      Volume: 113 Issue: 3 Pages: 1001-1014

    • DOI

      10.1152/jn.00128.2014

    • Related Report
      2014 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Spatiotemporal patterns of current source density in the prefrontal cortex of a behaving monkey.2015

    • Author(s)
      Sakamoto K, Kawaguchi N, Yagi K, Mushiake H.
    • Journal Title

      Neural Networks

      Volume: 62 Pages: 67-73

    • DOI

      10.1016/j.neunet.2014.06.009

    • Related Report
      2014 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Increase of Firing Variability of Prefrontal Neurons as an Early Warning Signal of Problem Solving2015

    • Author(s)
      坂本一寛
    • Journal Title

      Seibutsu Butsuri

      Volume: 55 Issue: 1 Pages: 015-018

    • DOI

      10.2142/biophys.55.015

    • NAID

      130004794732

    • ISSN
      0582-4052, 1347-4219
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Excitation-inhibition balance of prefrontal neurons during the execution of a path-planning task.2015

    • Author(s)
      Sakamoto K, Naohiro S, Yoshida S, Mushiake H.
    • Journal Title

      Advances in Cognitive Neurodynamics

      Volume: 4 Pages: 547-552

    • DOI

      10.1007/978-94-017-9548-7_79

    • ISBN
      9789401795470, 9789401795487
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] The Divergence-Convergence Structure of Neurinal Wiring as Voting to Parameter Space: A Hypothesis for Implementation of Abduction2014

    • Author(s)
      坂本一寛
    • Journal Title

      The Brain & Neural Networks

      Volume: 21 Issue: 3 Pages: 136-148

    • DOI

      10.3902/jnns.21.136

    • NAID

      130004713866

    • ISSN
      1340-766X, 1883-0455
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] 新しいマルチスケール in vivo 脳機能イメージング2016

    • Author(s)
      小山内 実、菊田 里美、坂本 一寛、笠原 二郎、幸村 裕治、本間 経康、柳川 右千夫、虫明 元
    • Organizer
      第93回日本生理学会大会
    • Place of Presentation
      札幌コンベンションセンター(北海道札幌市)
    • Year and Date
      2016-03-22
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] Local field potentials in monkey prefrontal cortex during a shape-manipulation task2015

    • Author(s)
      Sakamoto K, Kawaguchi N, Mushiake H
    • Organizer
      International Symposium on Prediction and Decision Making 2015
    • Place of Presentation
      東京大学(東京都文京区)
    • Year and Date
      2015-10-31
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 高次脳機能の背後にある神経回路動態を多元的生体信号解析より解明する2015

    • Author(s)
      坂本一寛, 小山内実, 虫明元
    • Organizer
      第25回インテリジェント・システム・シンポジウム
    • Place of Presentation
      東北大学(宮城県仙台市)
    • Year and Date
      2015-09-24
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] In Vivoサル脳への固有信号内視鏡の適用2015

    • Author(s)
      坂本一寛, 小山内実, 虫明元
    • Organizer
      日本神経回路学会第25回全国大会
    • Place of Presentation
      東京電機大学(東京都調布市)
    • Year and Date
      2015-09-02
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] Local field potentials in monkey dorsal premotor cortex during a shape-manipulation task2015

    • Author(s)
      Sakamoto K, Kawaguchi N, Mushiake H
    • Organizer
      The 38th annual meeting of the Japan Neuroscience Society
    • Place of Presentation
      神戸コンベンションセンター(兵庫県神戸市)
    • Year and Date
      2015-07-28
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Cooperativity between working memory and behavioral planning in the monkey prefrontal cortex2015

    • Author(s)
      Sakamoto K, Saito N, Yoshida S, Mushiake H
    • Organizer
      IBRO2015
    • Place of Presentation
      リオ・デ・ジャネイロ(ブラジル)
    • Year and Date
      2015-07-07
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] サル前頭葉におけるLFP周波数掃引2015

    • Author(s)
      八木耕平, 坂本一寛, 川口典彦, 虫明 元
    • Organizer
      日本物理学会第70回年次大会
    • Place of Presentation
      東京・日本
    • Year and Date
      2015-03-21 – 2015-03-24
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] Spatiotemporal properties of current source density in the prefrontal cortices of behaving monkeys.2014

    • Author(s)
      Kawaguchi N, Sakamoto K, Yagi K, Aoki M, Mushiake H.
    • Organizer
      Neuroscience 2014
    • Place of Presentation
      ワシントンDC・アメリカ
    • Year and Date
      2014-11-15 – 2014-11-19
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] Current sink and source patterns in the prefrontal cortex of a behaving monkey.2014

    • Author(s)
      Sakamoto K, Kawaguchi N, Yagi K, Matsuzaka Y, Katayama N, Tanaka T, Mushiake H.
    • Organizer
      International Symposium on Nonlinear Theory and its Applications
    • Place of Presentation
      ルツェルン・スイス
    • Year and Date
      2014-09-14 – 2014-09-18
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] Local field potentials in monkey prefrontal cortex during a shape-manipulation task.2014

    • Author(s)
      Kawaguchi N, Sakamoto K, Yagi K, Aoki M, Mushiake H
    • Organizer
      Neuroscience 2014
    • Place of Presentation
      横浜・日本
    • Year and Date
      2014-09-11 – 2014-09-13
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] Alpha-theta oscillations at task initiation in the monkey prefrontal cortex2014

    • Author(s)
      Sakamoto K, Kawaguchi N, Yagi K, Mushiake H
    • Organizer
      21st Annual Conference of Japanese Neural Network Society
    • Place of Presentation
      函館・日本
    • Year and Date
      2014-08-27 – 2014-08-30
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] サル前頭前野電流源パタンの評価2014

    • Author(s)
      坂本一寛, 川口典彦, 八木耕平, 片山統裕, 田中徹, 虫明元
    • Organizer
      第53回日本生体医工学会大会
    • Place of Presentation
      仙台・日本
    • Year and Date
      2014-06-24 – 2014-06-26
    • Related Report
      2014 Annual Research Report

URL: 

Published: 2014-04-04   Modified: 2023-03-16  

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