2019 Fiscal Year Annual Research Report
Neural mechanisms of data abstraction and deductive inference in the prefrontal cortex
| Project Area | Correspondence and Fusion of Artificial Intelligence and Brain Science |
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| Project/Area Number |
16H06571
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| Research Institution | Tamagawa University |
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Principal Investigator |
坂上 雅道 玉川大学, 脳科学研究所, 教授 (10225782)
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| Project Period (FY) |
2016-06-30 – 2021-03-31
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| Keywords | 前頭前野 / カテゴリー推論 / マカクザル / ユタアレイ / カルシウムイメージング |
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| Outline of Annual Research Achievements |
2019年度には以下の3つのことを行った。①推移的推論課題遂行中のサルの前頭前野と大脳基底核から記録した単一ニューロン活動の比較。②新しい記録実験のための課題訓練、③カルシウムイメージング法によるニューロン活動の同時記録。
①推移的推論課題遂行中のサルの前頭前野外側部と大脳基底核線条体から記録した単一ニューロン活動の応答特性の比較を行った。この課題における第一刺激呈示に対するニューロン応答は、前頭前野、線条体ともに、報酬予測に関連するものであったが、前頭前野は刺激のカテゴリーに基づく予測であり、線条体は個別の刺激に基づくものであった。カテゴリー情報を反映する前頭前野ニューロンの報酬情報に対する応答性には、刺激の経験量（familiarity）によって情報量に差が見られたが、視覚情報に関してはそのような差は見られなかった。つまり、新奇な刺激が提示されても、前頭前野はそのカテゴリー情報を瞬時に検出し、カテゴリーに基づく報酬予測を行っていることが分かった。
②遅延見本合わせ課題を2頭のニホンザルに訓練した。行動解析を行った結果、これらのサルはこの課題を、カテゴリーではなく連合学習によって遂行していることが分かった。これは予定通りであり、ユタ電極を刺入し、ニューロン活動記録を開始してから、新たなカテゴリー学習訓練を施すことにより、課題の遂行の変化に伴うニューロン活動の変化を観察する予定である。
③ウイルスベクター（AAV）注入により、視覚野（V1野）にGCaMP6を発現させた。様々なオリエンテーションの刺激を視野の様々な位置に提示することにより、同時に数十個のV1ニューロンの受容野とオリエンテーションチューニングを検出することができた。この成功に基づき、2020年度は、推論課題遂行中のサル前頭前野にこの方法を適用する予定である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
ユタアレーを使った実験については、遅延見本合わせ課題を訓練したサルにユタアレー刺入手術を施したが、手術後にサルが死亡した。手術自体に問題はなかったが、内臓障害により腹部膨満で窒息死した。
また、サルへのカルシウムイメージング法適用については、世界的にもこの方法を使っている研究は少なく、情報がない中手探りで行っている状況である。そのため、ニューロン特性を検出しやすい視覚野でのテスト実験からやり直した。結果、視覚野ではうまくニューロン活動を観察することができ、現在前頭前野にこの方法を適用している。
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| Strategy for Future Research Activity |
遅延見本合わせ課題を訓練したサルの片半球の前頭前野外側部にユタアレーを設置し、課題遂行中のサル前頭前野の複数ニューロンの活動を同時記録する。また、同じサルの反対半球の前頭前野外側部にはAAVを使ってGCaMP6発現させ、多数ニューロンのカルシウムイメージング同時記録を行う。これらの実験により、前頭前野ニューロン集団が、カテゴリー概念の獲得に伴いどのように活動を変化させるかを調べる。
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Research Products
(8 results)
