２つのドーパミン神経系が支える報酬と罰に基づく学習の神経基盤

• Project Area: Elucidation of neural computation for prediction and decision making: toward better human understanding and applications
• Project/Area Number: 26120707
• 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: University of Tsukuba
• Principal Investigator: 松本 正幸 筑波大学, 医学医療系, 教授 (50577864)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2016-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2015)
• Budget Amount: ¥10,400,000 (Direct Cost: ¥8,000,000、Indirect Cost: ¥2,400,000); Fiscal Year 2015: ¥5,330,000 (Direct Cost: ¥4,100,000、Indirect Cost: ¥1,230,000); Fiscal Year 2014: ¥5,070,000 (Direct Cost: ¥3,900,000、Indirect Cost: ¥1,170,000)
• Keywords: 学習 / ドーパミンニューロン / 外側手綱核 / 前部帯状皮質

Outline of Annual Research Achievements

報酬を得る、罰を避けるための学習は、動物の行動にとって必須の能力である。本研究では、ドーパミンニューロンが伝達する「価値」と「salience」に関わる二つの信号が、動物の学習にどのような役割を果たしているのか明らかにすることを目的とする。
平成２６年度までに、「価値信号」を伝達するドーパミンニューロンと強い連絡を持つ外側手綱核と前部帯状皮質の神経活動を記録し、それぞれの領域が学習に果たす役割を解析してきた。そして、外側手綱核が素早く嫌悪事象を検出するのに対して、前部帯状皮質は過去に生じた嫌悪刺激の記憶を保持するなど、学習にとって重要な信号伝達に関わることを明らかにした。平成２７年度はこれらのデータを論文にまとめ、発表することができた。
また、サルの眼球運動系を対象に、神経路選択的な光遺伝学の手法を開発し、論文として発表した。この手法を用いることによって、たとえば、大脳基底核線条体に伝達されるドーパミン信号を人為的に操作することが可能となり、学習に対するドーパミン信号の役割を解析することができる。今後、この手法を用いて、「価値」と「salience」に関わる二つのドーパミン信号の役割に関する研究を推進していく。

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。

Research Products

• [Journal Article] Roles of the Lateral Habenula and Anterior Cingulate Cortex in Negative Outcome Monitoring and Behavioral Adjustment in Nonhuman Primates. (2015)
  • Author(s): Kawai, T., Yamada, H., Sato, N., Takada, M., & Matsumoto, M.
  • Journal Title: Neuron Volume: 88 Issue: 4 Pages: 792-804
  • DOI: 10.1016/j.neuron.2015.09.030
  • NAID: 120005997651
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Neuronal and behavioral modulations by pathway-selective optogenetic stimulation of the primate oculomotor system. (2015)
  • Author(s): Inoue K, Takada M, Matsumoto M
  • Journal Title: Nat Commun Volume: 6 Issue: 1 Pages: 8378-8378
  • DOI: 10.1038/ncomms9378
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Dopamine signals and physiological origin of cognitive dysfunction in Parkinson's disease. (2015)
  • Author(s): Masayuki Matsumoto
  • Journal Title: Movement Disorders Volume: 30 Issue: 4 Pages: 472-83
  • DOI: 10.1002/mds.26177
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] 「嫌な出来事を避ける」ための神経基盤：外側手綱核と前部帯状皮質の役割 (2015)
  • Author(s): 川合 隆嗣, 山田 洋, 佐藤 暢哉, 高田 昌彦, 松本 正幸
  • Journal Title: 生体の科学 Volume: 66 Pages: 24-28
• [Presentation] Activity of midbrain dopamine neurons during response inhibition in monkeys (2015)
  • Author(s): Takaya Ogasawara, Masahiko Takada, Masayuki Matsumoto
  • Organizer: Society for Neuroscience
  • Place of Presentation: Chicago (USA)
  • Year and Date: 2015-10-17
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Optogenetic stimulation of the pathway from the frontal eye field to the superior colliculus evokes neuronal and behavioral modulations in monkeys (2015)
  • Author(s): K. INOUE, M. TAKADA, M. MATSUMOTO
  • Organizer: Society for Neuroscience
  • Place of Presentation: Chicago (USA)
  • Year and Date: 2015-10-17
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Role of dopamine signals in response inhibition (2015)
  • Author(s): Takaya Ogasawara, Masahiko Takada, Masayuki Matsumoto
  • Organizer: 第３８回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: 神戸、神戸国際会議場
  • Year and Date: 2015-07-28
• [Presentation] Representation of past negative outcome and subsequent behavioral shift in the primate lateral habenula and anterior cingulate cortex (2014)
  • Author(s): T. KAWAI, H. YAMADA, N. SATO, M. TAKADA, M. MATSUMOTO
  • Organizer: Society for Neuroscience
  • Place of Presentation: Washington DC
  • Year and Date: 2014-11-15 – 2014-11-19
• [Presentation] 外側手綱核と前部帯状皮質における行動切替えと報酬履歴の神経表現 (2014)
  • Author(s): 川合 隆嗣, 山田 洋, 佐藤 暢哉, 高田 昌彦, 松本 正幸
  • Organizer: 第３７回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: 横浜
  • Year and Date: 2014-09-11 – 2014-09-13
• [Remarks] 筑波大学医学医療系認知行動神経科学
  • URL: http://www.md.tsukuba.ac.jp/basic-med/cog-neurosci/
• [Remarks] 筑波大学 医学医療系 生命医科学域 認知行動神経科学研究室
  • URL: http://www.md.tsukuba.ac.jp/basic-med/cog-neurosci/