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2021 Fiscal Year Annual Research Report

Mechanisms of body cognition and emotion inducing hyper-adaptability

Planned Research

Project AreaHyper-adaptability for overcoming body-brain dysfunction: Integrated empirical and system theoretical approaches
Project/Area Number 19H05725
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

今水 寛  東京大学, 大学院人文社会系研究科(文学部), 教授 (30395123)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 筒井 健一郎  東北大学, 生命科学研究科, 教授 (90396466)
Project Period (FY) 2019-06-28 – 2024-03-31
Keywords身体認知 / 情動 / 運動主体感 / 運動学習 / ヒト脳活動計測 / サル電気生理 / 意欲の操作 / 高精度経頭蓋交流刺激
Outline of Annual Research Achievements

本研究課題では,超適応の観点から「身体認知や意欲などの正の情動が,運動学習を促進する」という仮説を検証,そのメカニズムを解明する.今年度の主な成果として,(1) 身体認知の一種である「運動主体感」(自身が運動を引き起こしているという感覚)が運動学習を促進することを複数の行動実験で明らかにした.特に,運動主体感の自発的な変動と,短期的な運動学習の効率に関係性があることを,心理実験で見いだした.(2)高精度経頭蓋交流刺激(HD-tACS)を用いて,運動主体感に介入する実験を開始した.具体的には,過去の研究から「右半球の下頭頂小葉と下前頭回付近の神経結合」が,運動主体感の判断に貢献するとの仮説を立て,これを検証する実験を行った.その結果,反同期条件において,ジョイスティックとカーソルの距離(≒予測誤差)と主体感評価の相関関係を,刺激なし条件と比較して有意に変化させることに成功した.(3) サルを対象とした非侵襲脳刺激により, 前頭連合野の複数の領域の意欲との関わりを明らかにした.サルを対象として反復経頭蓋磁気刺激(rTMS)による脳機能介入を行い,前頭葉の異なる領域の意欲への関わりを調べた.その結果,背外側前頭前野(dlPFC)の神経活動の促進によって,認知的な動機付けが増加することが示唆された.(4) 運動主体感と意欲との関係を調べるためのヒト・サル共通の装置を開発した.(5) サルを用いて, 大脳皮質の広い範囲から長期間安定して皮質表面電位を記録する方法を確立した.

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

運動主体感に関しては,実験的な操作で学習効率を変化させること,脳刺激による主体感の操作に部分的に成功し,主体感の操作で学習を促進する技術の開発に向けて大きく前進した.また,運動主体感が影響を与える学習要素と与えない要素があることが解り,今後の促進方法の設計に重要な示唆が得られた.意欲に関しては,大脳皮質において動機付けの認知的側面に関わっている領域を複数同定することができ,今後の神経活動の記録における主なターゲットを特定する事ができた.実験の方法論に関しては,ヒト・サルで共通した装置・課題を用いて神経活動を長期間にわたって記録するための基盤を確立することができた.

Strategy for Future Research Activity

今後の課題として,1) 運動主体感を非侵襲脳刺激で操作しながら,fMRIで脳活動を計測する実験を行い,感覚運動情報と運動主体感の関係が変化するとともに,運動主体感に関連する脳領域の脳活動に変化が見られるかを調べる. 2) 運動の結果が予測できない新規な運動学習において,主体感が形成される過程を心理実験で明らかにする. 3) サルを用いた神経トレーシングにおいて,ネガティブな気分を抑制,意欲の生成や維持に関わっている回路を特定する. 4) サルを対象に,バーチャルリアリティ装置を使った心理物理学的実験を展開する.

  • Research Products

    (56 results)

All 2023 2022 2021 Other

All Journal Article (14 results) (of which Peer Reviewed: 14 results,  Open Access: 9 results) Presentation (38 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results,  Invited: 12 results) Remarks (3 results) Funded Workshop (1 results)

  • [Journal Article] Hippocampal-medial entorhinal circuit is differently organized along the dorsoventral axis in rodents2023

    • Author(s)
      Ohara Shinya、Rannap Mart、Tsutsui Ken-Ichiro、Draguhn Andreas、Egorov Alexei V.、Witter Menno P.
    • Journal Title

      Cell Reports

      Volume: 42 Pages: 112001~112001

    • DOI

      10.1016/j.celrep.2023.112001

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Mechanisms of adjustments to different types of uncertainty in the reward environment across mice and monkeys2023

    • Author(s)
      Woo Jae Hyung、Aguirre Claudia G.、Bari Bilal A.、Tsutsui Ken-Ichiro、Grabenhorst Fabian、Cohen Jeremiah Y.、Schultz Wolfram、Izquierdo Alicia、Soltani Alireza
    • Journal Title

      Cognitive, Affective, & Behavioral Neuroscience

      Volume: Online ahead of print Pages: -

    • DOI

      10.3758/s13415-022-01059-z

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Correction to: Mechanisms of adjustments to different types of uncertainty in the reward environment across mice and monkeys2023

    • Author(s)
      Woo Jae Hyung、Aguirre Claudia G.、Bari Bilal A.、Tsutsui Ken-Ichiro、Grabenhorst Fabian、Cohen Jeremiah Y.、Schultz Wolfram、Izquierdo Alicia、Soltani Alireza
    • Journal Title

      Cognitive, Affective, &; Behavioral Neuroscience

      Volume: Online ahead of print Pages: -

    • DOI

      10.3758/s13415-023-01089-1

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Monkey Prefrontal Single-Unit Activity Reflecting Category-Based Logical Thinking Process and Its Neural Network Model2022

    • Author(s)
      Hosokawa Takayuki、Xu Muyuan、Katori Yuichi、Yamada Munekazu、Aihara Kazuyuki、Tsutsui Ken-Ichiro
    • Journal Title

      The Journal of Neuroscience

      Volume: 42 Pages: 6380~6391

    • DOI

      10.1523/JNEUROSCI.2286-21.2022

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Depression induced by low-frequency repetitive transcranial magnetic stimulation to ventral medial frontal cortex in monkeys2022

    • Author(s)
      Nakamura Shinya、Kishimoto Yodai、Sekino Masaki、Nakamura Motoaki、Tsutsui Ken-Ichiro
    • Journal Title

      Experimental Neurology

      Volume: 357 Pages: 114168~114168

    • DOI

      10.1016/j.expneurol.2022.114168

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] The sense of agency in perception, behaviour and human-machine interactions2022

    • Author(s)
      Wen Wen、Imamizu Hiroshi
    • Journal Title

      Nature Reviews Psychology

      Volume: 1 Pages: 211~222

    • DOI

      10.1038/s44159-022-00030-6

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Real-Time Detection and Feedback of Canonical Electroencephalogram Microstates: Validating a Neurofeedback System as a Function of Delay2022

    • Author(s)
      Asai Tomohisa、Hamamoto Takamasa、Kashihara Shiho、Imamizu Hiroshi
    • Journal Title

      Frontiers in Systems Neuroscience

      Volume: 16 Pages: e786200

    • DOI

      10.3389/fnsys.2022.786200

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Neuroimaging Examination of Driving Mode Switching Corresponding to Changes in the Driving Environment2022

    • Author(s)
      Ohata Ryu、Ogawa Kenji、Imamizu Hiroshi
    • Journal Title

      Frontiers in Human Neuroscience

      Volume: 16 Pages: e788729

    • DOI

      10.3389/fnhum.2022.788729

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Editorial: Brain stimulation: From basic research to clinical use2022

    • Author(s)
      Benali Alia、Tsutsui Ken-Ichiro、Sekino Masaki、Pfeiffer Friederike
    • Journal Title

      Frontiers in Human Neuroscience

      Volume: 16 Pages: 1092165

    • DOI

      10.3389/fnhum.2022.1092165

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] 意欲の神経メカニズム2022

    • Author(s)
      筒井健一郎
    • Journal Title

      計測と制御 (公益社団法人 計測自動制御学会)

      Volume: 61 Pages: 303-308

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Perception and control: individual difference in the sense of agency is associated with learnability in sensorimotor adaptation2021

    • Author(s)
      Wen Wen、Ishii Hikaru、Ohata Ryu、Yamashita Atsushi、Asama Hajime、Imamizu Hiroshi
    • Journal Title

      Scientific Reports

      Volume: 11 Pages: e20542

    • DOI

      10.1038/s41598-021-99969-4

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Bayesian Estimation of Potential Performance Improvement Elicited by Robot-Guided Training2021

    • Author(s)
      Takai Asuka、Lisi Giuseppe、Noda Tomoyuki、Teramae Tatsuya、Imamizu Hiroshi、Morimoto Jun
    • Journal Title

      Frontiers in Neuroscience

      Volume: 15 Pages: e704402

    • DOI

      10.3389/fnins.2021.704402

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Changes in beta and high-gamma power in resting-state electrocorticogram induced by repetitive transcranial magnetic stimulation of primary motor cortex in unanesthetized macaque monkeys2021

    • Author(s)
      Honda Yasutaka、Nakamura Shinya、Ogawa Kentaro、Yoshino Rintaro、Tobler Philippe N.、Nishimura Yukio、Tsutsui Ken-Ichiro
    • Journal Title

      Neuroscience Research

      Volume: 171 Pages: 41~48

    • DOI

      10.1016/j.neures.2021.02.002

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Laminar Organization of the Entorhinal Cortex in Macaque Monkeys Based on Cell-Type-Specific Markers and Connectivity2021

    • Author(s)
      Ohara Shinya、Yoshino Rintaro、Kimura Kei、Kawamura Taichi、Tanabe Soshi、Zheng Andi、Nakamura Shinya、Inoue Ken-ichi、Takada Masahiko、Tsutsui Ken-Ichiro、Witter Menno P.
    • Journal Title

      Frontiers in Neural Circuits

      Volume: 15 Pages: e790116

    • DOI

      10.3389/fncir.2021.790116

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] サルの飼育環境について2023

    • Author(s)
      筒井健一郎
    • Organizer
      令和4年度 システム神経科学研究会
  • [Presentation] Impact of multiple sessions of low-frequency transcranial magnetic stimulation targeting ventral medial frontal cortex on behavioral and physiological states in monkeys2023

    • Author(s)
      Ken-Ichiro Tsutsui, Shinya Nakamura, Kentaro Ogawa, Rintaro Yoshino, Vikas Kumar Tiwari, Philippe Tobler, Yukio Nishimura
    • Organizer
      5th International Brain Stimulation Conference
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 行動ー結果間の空間マッピングがコントロール感に与える影響の検討2022

    • Author(s)
      田中拓海,今水 寛
    • Organizer
      第3回超適応領域全体会議
  • [Presentation] 心拍フィードバックを用いた内受容感覚の情報処理過程の検討2022

    • Author(s)
      柴田浩史,今水 寛
    • Organizer
      第3回超適応領域全体会議
  • [Presentation] HD-tACSによる運動の自他帰属への介入2022

    • Author(s)
      弘光健太郎,馬野千雅,浅井智久,今水 寛
    • Organizer
      第3回超適応領域全体会議
  • [Presentation] 踊りの映像の見せ方の変化が与える知覚と感情への影響2022

    • Author(s)
      若林実奈,田中拓海,浅井智久,宇津木安来,今水 寛
    • Organizer
      第3回超適応領域全体会議
  • [Presentation] 自他帰属が運動学習に与える影響2022

    • Author(s)
      田中 大,井澤 淳,今水 寛
    • Organizer
      第3回超適応領域全体会議
  • [Presentation] 運動主体感の神経機構2022

    • Author(s)
      今水 寛
    • Organizer
      第13回日本ニューロリハビリテーション学会学術集会
    • Invited
  • [Presentation] Differential contributions of the monkey cortical areas to the performance of a spatial working memory task revealed by functional disturbance using rTMS2022

    • Author(s)
      筒井健一郎
    • Organizer
      東北大学電気通信研究所共同プロジェクト研究発表会
  • [Presentation] 脳とこころの特性に基づいて考えるサービスのあり方2022

    • Author(s)
      筒井健一郎
    • Organizer
      千葉看護学会第28回学術集会
    • Invited
  • [Presentation] 気分・意欲と内側前頭皮質2022

    • Author(s)
      筒井健一郎
    • Organizer
      生理研研究会 第12回社会神経科学研究会
    • Invited
  • [Presentation] 内側前頭皮質への低頻度反復経頭蓋磁気刺激によってニホンザルに誘発された抑うつ症状とその背景メカニズム2022

    • Author(s)
      筒井健一郎
    • Organizer
      第27回情動・社会行動と精神医学研究会
    • Invited
  • [Presentation] 多様なこころを脳と身体性機能に基づいてつなぐ「自在ホンヤク機」の開発2022

    • Author(s)
      筒井健一郎
    • Organizer
      ムーンショット目標9公開シンポジウム~科学技術を通じたこころの安らぎと活力に満ちた社会の実現を目指して~
  • [Presentation] 意欲とパフォーマンス」気分・意欲と内側前頭皮質2022

    • Author(s)
      筒井健一郎
    • Organizer
      第20回日本神経理学療法学会学術大会
  • [Presentation] Inhibition of the ventral medial frontal cortex (vMFC) induces depression in nonhuman primates2022

    • Author(s)
      筒井健一郎
    • Organizer
      Jubilee Szentagothai Day (University of Pecs)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Hippocampal-medial entorhinal circuit is differently organized along the dorsoventral axis in rodents2022

    • Author(s)
      Shinya Ohara, Mart Rannap, Ken-Ichiro Tsutsui, Andreas Draguhn, Alexei Fgorov, Menno Witter
    • Organizer
      Jubilee Szentagothai Day (University of Pecs)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 細胞種特異的分子マーカーと投射関係を用いたマカクザル嗅内皮質V層の構造解析2022

    • Author(s)
      大原慎也、吉野倫太郎、木村慧、川村太一、田辺創思、Andi Zheng、中村晋也、井上謙一、高田昌彦、筒井健一郎、Menno Witter
    • Organizer
      第99回日本生理学会大会
  • [Presentation] サル内側前頭皮質への低頻度反復経頭蓋磁気刺激はうつ様状態を誘起する2022

    • Author(s)
      中村晋也、筒井健一郎
    • Organizer
      第99回日本生理学会大会
  • [Presentation] マカクザル内側前頭皮質における扁桃体基底内側部および外側部に投射する細胞の分布様式2022

    • Author(s)
      吉野 倫太郎、木村 慧、田辺 創思、Andi Zheng、中村 晋也、大原 慎也、井上 謙一、高田 昌彦、筒井 健一郎
    • Organizer
      第99回日本生理学会大会
  • [Presentation] Disentangling the parallel pathways from the ventromedial frontal cortex to the amygdala: An anterograde tracing study in rodents2022

    • Author(s)
      Paola Aleman-Andrade, Christine L. Marchena, Shinya Ohara, Ken-Ichiro Tsutsui
    • Organizer
      第99回日本生理学会大会
  • [Presentation] サルの社会的行動の制御における腹内側前頭皮質と背外側前頭皮質の異なる役割2022

    • Author(s)
      白_幸弘、池田義晃、長野人士、齋田涼裕、中村晋也、細川貴之、筒井健一郎
    • Organizer
      第99回日本生理学会大会
  • [Presentation] Hippocampal-entorhinal projections are differently organized between medial and lateral entorhinal cortex in rodents2022

    • Author(s)
      Shinya Ohara, Menno P. Witter, Ken-Ichiro Tsutsui
    • Organizer
      第2回国際シンポジウム マルチスケール脳/MCCS-Asia
  • [Presentation] 齧歯類における海馬-嗅内皮質路の投射解析2022

    • Author(s)
      大原慎也、Witter Menno、筒井健一郎
    • Organizer
      NEURO2022/第45回日本神経科学大会
  • [Presentation] 腹内側前頭皮質への低頻度反復経頭蓋磁気刺激がサルの社交性に与える影響2022

    • Author(s)
      中村晋也、中村元昭、筒井健一郎
    • Organizer
      NEURO2022/第45回日本神経科学大会
  • [Presentation] マウスにおける内側前頭皮質から扁桃体へのフィードフォワード抑制経路2022

    • Author(s)
      川村太一、Paola Aleman Andrade、大原慎也、筒井健一郎
    • Organizer
      NEURO2022/第45回日本神経科学大会
  • [Presentation] 海馬-嗅内皮質回路におけるイベント表現タイミング2022

    • Author(s)
      相馬祥吾、大原慎也、野々村聡、吉田純一、末松尚史、Pastalkova Eva、酒井裕、筒井健一郎、礒村宜和
    • Organizer
      NEURO2022/第45回日本神経科学大会
  • [Presentation] ウィルストレーシングによるマカクザル内側前頭皮質から扁桃体への投射様式2022

    • Author(s)
      吉野倫太郎、木村慧、田辺創思、アンディチェン、中村晋也、大原慎也、井上謙一、高田昌彦、筒井健一郎
    • Organizer
      NEURO2022/第45回日本神経科学大会
  • [Presentation] Organization of the projections from the medial frontal subregions to the amygdala in rodents: An anterograde and retrograde tracing study2022

    • Author(s)
      Paola Aleman-Andrade, Christine L. Marchena, Taichi Kawamura, Shinya Ohara, Ken-Ichiro Tsutsui
    • Organizer
      NEURO2022/第45回日本神経科学大会
  • [Presentation] 学習や適応を支援する技術開発2021

    • Author(s)
      今水 寛
    • Organizer
      第20回グレーター東大塾「脳とAI」
    • Invited
  • [Presentation] 内部モデルと主体感・身体化2021

    • Author(s)
      今水 寛
    • Organizer
      自己研究の此岸と彼岸~「身体×モデル×制御」から「抽象×メタ×エナジー」へ
    • Invited
  • [Presentation] 脳活動と心理実験から探る心の働き~運動主体感を例として~2021

    • Author(s)
      今水 寛
    • Organizer
      リコーオンラインセミナー 第3回「ココロの理解」
    • Invited
  • [Presentation] 運動と認知を支える予測のメカニズム2021

    • Author(s)
      今水 寛
    • Organizer
      第26回認知神経科学会学術集会【教育講演】
    • Invited
  • [Presentation] 認知機能と脳のネットワーク2021

    • Author(s)
      今水 寛
    • Organizer
      第11回 東京大学文学部公開講座
    • Invited
  • [Presentation] My voice therefore I spoke: Sense of agency over speech enhanced in hearing self-voice2021

    • Author(s)
      Ohata, R., Asai, T., Imaizumi, S., and Imamizu, H
    • Organizer
      The 2021 APS (Association for Psychological Science) Virtual Conference
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] rTMSの作用機序とうつ病の脳科学反復経頭蓋磁気刺激の刺激効果指標の確立と治療最適化に向けて2021

    • Author(s)
      筒井健一郎
    • Organizer
      第18回日本うつ病学会総会/第21回日本認知療法・認知行動療法学会
    • Invited
  • [Presentation] 非侵襲的脳刺激の研究および治療への活用-その現状と発展性2021

    • Author(s)
      筒井健一郎
    • Organizer
      第25回日本心療内科学会学術大会 心療内科学会-ニューログローバル合同シンポジウム
    • Invited
  • [Presentation] Frontal lobe functions and dysfunctions in macaque2021

    • Author(s)
      筒井健一郎
    • Organizer
      JANUBET Primate Neurobiology School
  • [Presentation] 細胞種特異的分子マーカーと神経トレーサーを用いたマカクザル嗅内皮質の構造解析2021

    • Author(s)
      吉野倫太郎,、川村太一、中村晋也、木村慧、田辺創思、Andi Zheng、井上謙一、高田昌彦、Menno Witter、筒井健一郎、大原慎也
    • Organizer
      第44回日本神経科学大会
  • [Remarks] 超適応:身体-脳の機能不全を克服する潜在的適応力のシステム論的理解(A03 計画班)

    • URL

      https://www.hyper-adapt.org/organization/a03/

  • [Remarks] 東京大学大学院人文社会系研究科 今水学習機構研究室

    • URL

      http://www.l.u-tokyo.ac.jp/~imamizu/

  • [Remarks] 東北大学大学院生命科学研究科脳神経システム研究室

    • URL

      https://www.lifesci.tohoku.ac.jp/sysneuro/index.html

  • [Funded Workshop] 1st International Symposium on Hyper-Adaptability2021

URL: 

Published: 2023-12-25  

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