2012 Fiscal Year Annual Research Report
Elucidation of the Neural Circuit Dynamics for Prediction and Decision Making
| Project Area | Elucidation of neural computation for prediction and decision making: toward better human understanding and applications |
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| Project/Area Number |
23120007
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| Research Institution | Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University |
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Principal Investigator |
銅谷 賢治 沖縄科学技術大学院大学, その他の研究科, 教授 (80188846)
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| Project Period (FY) |
2011-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 意思決定 / モデルフリー / モデルベース / 強化学習 / ベイズ推定 / 二光子顕微鏡 / 大脳基底核 / 大脳皮質 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
１）脳内シミュレーション過程の可視化
H23年度に立ち上げたマウスの行動実験系と二光子顕微鏡を用いて、大脳皮質ニューロン活動の光学記録実験を開始した。行動課題としては以下の３つを用いた。1) 左右からの音刺激のうち片方の後に水報酬を与え、予測的リッキングの有無で報酬予測を評価する課題。2) 音源がマウスのまわりを異なる速度で周回し、一定位置に到達すると水報酬を与え、予測的リッキングから外界の状態予測を評価する課題。3) マウスが前進すると音源位置が接近し、音源に最接近した時点でリッキングを行うと水報酬を与え、行動による状態変化の予測を評価する課題。錐体細胞に選択的にカルシウム感受性色素GCAMP5を発現させるアデノ随伴ウイルスを頭頂連合野(PAC)および運動前野(M2)に注入し、各課題実行中の神経活動を異なる深さで計測した。音刺激とその方向、歩行、リッキングなどに相関した神経活動が記録されており、それらの特性を解析中である。
２）モデルベースとモデルフリーの意思決定の神経回路
ラットにおけるモデルベース意思決定課題として、音Aに対して左の穴のポーキングで音Bが、右のポーキングで音Cが提示されるという状態－行動－状態の遷移モデルをまず学習させ、次に音Bと報酬、音Cと無報酬を連合させた後で、音Aに対する左右の選択を行う課題のトレーニングを行った。その結果、この課題はラットにとっては困難なものであることがわかり、ラットにとって自然な状態や行動の単位は何なのかを再考する必要に迫られた。そこで、ラットの行動をより具体的に計測するため、３次元モーショントラッキング装置を導入し、その具体的な行動の時系列の記録を開始した。
また、“Decision Making”のテーマでCurrent Opinion in Neurobiologyの特集号を編集し、ラットの行動実験データの解析結果を出版した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
１）脳内シミュレーション過程の可視化
H23年度に導入した二光子顕微鏡は優れた光学系を備え、皮質深層の細胞の活動まで記録可能なことが明らかになった。ウイルス注入と光学記録のための手術手技も向上し、効率よい計測が可能になった。
２）モデルベースとモデルフリーの意思決定の神経回路
モデルベースの意思決定課題の開発において、ただ単に予測モデルを使うと有利な状況を用意するだけでは、実際のラットは必ずしもモデルベースの意思決定を行うわけではないことが明らかになった。モデルベースの意思決定の神経回路を明らかにすると同時に、モデルベースの意思決定を促す感覚、運動、環境の条件を明らかにすることが新たな研究課題として浮かび上がって来た。
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| Strategy for Future Research Activity |
H24年度に導入した新たなスキャンミラーにより、これまでより高時間分解能での神経活動記録を行い、頭頂連合野と運動前野、またそれぞれの皮質浅層と深層との間でのダイナミクスを明らかにしていきたい。
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[Presentation] 知識の表象2012
Author(s)
銅谷賢治
Organizer
日本認知科学会サマースクール 2012
Place of Presentation
神奈川県箱根市
Year and Date
2012-09-04 – 2012-09-04
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