Neural mechanisms of adaptive circuit shift in operant learning of behaviors

2018 Fiscal Year Final Research Report

• Project Area: Mechanisms underlying the functional shift of brain neural circuitry for behavioral adaptation
• Project/Area Number: 26112005
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Biological Sciences
• Research Institution: Tamagawa University
• Principal Investigator: ISOMURA Yoshikazu 玉川大学, 脳科学研究所, 教授 (00415077)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 酒井 裕 玉川大学, 脳科学研究所, 教授 (70323376)
• Project Period (FY): 2014-07-10 – 2019-03-31
• Keywords: 大脳皮質 / 大脳基底核 / 行動制御 / 光遺伝学

Outline of Final Research Achievements

We aimed to elucidate neural mechanism(s) of adaptive circuit shift in the cerebral cortex-basal ganglia loops for animal’s adaptive behaviors. Combining our original behavioral experiments using head-fixed rats with multi-neuronal recordings and optogenetics, we revealed functional mechanisms underlying proactive inhibition and limb-control laterality by the cerebral cortex (primary and secondary motor cortices, orbitofrontal cortex, and posterior parietal cortex) and underlying outcome-based action selection by the basal ganglia (direct and indirect pathways from the dorsomedial striatum).

Free Research Field

神経生理学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

げっ歯類の大脳皮質の行動抑制や両側支配性の機能的活動情報の解析により、特に二次運動野と後頭頂連合野の神経回路が行動制御に重要であることが推察された。また、過去の行動の結果から次の行動の選択を決定することに背内側線条体の直接路と間接路が異なって関与することは、その上流情報である大脳皮質からのグルタミン酸入力信号と黒質緻密部からのドーパミン入力信号の統合機構が今後の研究のカギとして浮かび上がるであろう。これらの成果は、私たちが最適な行動を選択し実行する脳の仕組みの理解を一歩進めるものである。