行動の選択・決定と運動の戦略に関する神経機構の研究

1998 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 08279106
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas (A)
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 木村 實 大阪大学, 健康体育部, 教授 (40118451)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 水野 昇 京都大学, 医学部, 教授 (10025596) ; 柴崎 浩 京都大学, 医学部, 教授 (30037444) ; 川人 光男 ATR人間情報通信研究所, 室長 ; 彦坂 興秀 順天堂大学, 医学部・第一生理学, 教授 (70120300) ; 丹治 順 東北大学, 医学部・生体システム生理学, 教授 (10001885)
• Keywords: 行動 / 運動 / 順序運動 / モデル / 手続き学習 / 運動学習 / 運動の記憶 / 機能的MRI

Research Abstract

木村は、大脳基底核の線条体の神経活動における視床線条体投射の役割を調べるために、行動課題を行っているサルの視床ニューロンと線条体ニューロンの活動を記録した。その結果線条体ニューロンの報酬依存的な活動は、主に視床CM,Pf核からの警戒、覚醒や定位反応に導く感覚運動情報と、黒質線条体ドーパミン系からの報酬や強化に関する情報の2つの入力によって形成されることを示した。丹治は、帯状皮質運動野が報酬の価値判断に基づいた運動の選択に関与するという仮説のもとに、サルを訓練して特定の運動を繰り返していると報酬が減少していき、サルが自発的に異なる種類の運動に切り替えると元の十分な報酬が得られる課題を行わせた。その結果、帯状皮質運動野吻側部のニューロンが仮説を支持する活動を行うことを発見した。柴埼は、人間の補足運動野と前補足運動野の機能の相違を明らかにするために、皮質内微小刺激と誘発電位の解析を行った。前補足運動野では前補足運動野と異なり、運動前緩電位に運動課題の部位特異性を欠くことが判明した。彦坂は、ヒトとサルを対象に、手続き的学習における大脳皮質、大脳基底核と小脳の役割を考察した。また、人を対象とした機能的MRIの研究によって小脳がタイミングの学習に強く関わることを示した。更に、サルの尾状核のニューロンが報酬への期待、動機づけなどを選択的に操作することを示唆する知見を得た。川人は、ヒトの知性に果たす役割に関する新しい仮説を提案し、内部モデルを包含した神経回路モデルによって実現されることを明らかにした。笠井は、直線運動時の補償性眼球運動の基本的な性質を明らかにするために、人を対象として心理物理学的な研究を行った。水野は、線条体の投射ニューロンを免疫学的に識別する手段を開発し、投射ニューロンがPPD/PPTAを産生するする黒質投射ニューロンとPPEを産生する淡蒼球投射ニューロンとに2分されることを明らかにした。臼井は、網膜での視覚情報処理を実現する神経機構を解明するために、双極細胞シナプス終末のイオン機構を数理モデル化した。また、網膜神経回路モデルの超並列シミュレーションを行った。

Research Products

• [Publications] Watanabe,K.,Kimura,M.: "Dopamine receptor-mediated mechanisms involved in the expression of primate striate neurons." J.Neurophysiol.79. 2568-2580 (1998)
• [Publications] Kusuki T,Imahori Y,Fujii R,Inokuchi Kimura M,Ueda Y.: "Potentiation of phosphoinositide-derived signals induced during LTP in rat intact brain." Neruro Report. 9. 2085-2088 (1998)
• [Publications] 木村 實: "大脳基底核と手の運動の強化学習" 神経研究の進歩. 42. 117-123 (1998)
• [Publications] 木村 實: "運動計画と大脳基底核" 科学. 68. 970-979 (1998)
• [Publications] Yazawa S,Ikeda A,Kunieda T,Mima T,Ngamine T,Ohara S,Terada K,Taki W,Kimura J.Shibasaki H,: "Supplementary motor area is active in preparation for both voluntary muscle relaxation and contraction: subudural recording of Bereitschaftspotential." Neurosci.Lett.244. 145-148 (1998)
• [Publications] Ishihara A,Kamiyama Y,Usui S.: "Analysis of light responses of the retinal bipolar cells based on inonic current model" Computational Neuroschience. 203-209 (1998)
• [Publications] Fujii N.,Mushiake H,Tanji J.: "An oculomotor representation area within the ventral premotor cortex." Proc.Natl.Acad.Sci.USA.95・20. 12034-12037 (1998)
• [Publications] Fujii N.,Mushiake H,Tanji,J.: "Intracortical microstimulation of bilateral frontal eye field." J.Neurophysiol.79・4. 2240-2244 (1998)
• [Publications] Wolpert D,Miall C,Kawato M.: "Internal models in the cerebellum." Trends in Cognitive Sciences. 2. 338-347 (1998)
• [Publications] Wolpert D,Kawato M.: "Multiple paired forward and inverse models for motor contorol." Neural Networks. 11. 1317-1329 (1998)
• [Publications] Sakai K,Hikosaka O,Miyauchi S,Takino R,Sasaki Y,Puetz B.: "Transition of brain activation from forntal to parietal areas in visuo-motor sequence leaning." J.Neurosci.18. 1827-1840 (1998)
• [Publications] Lu X,Hikosaka O,Miyachi S.: "Role of monkey cerebellar nucleiin skill for sequential movement." J.Neurophysiol.79. 2245-2254 (1998)
• [Publications] Zenisek D,Matthews G.: "Calcium action potentials in retinal bipolar neurons" Visual Neuroscience. 15・1. 69-75 (1998)
• [Publications] Kaneko T,Murashima M,Lee T,Mizuno N.: "Characterization of neocortical non-pyramidal neurons expressing preprotachykinins A and B : A double immunofluorescence study in the rat." Neuroscience. 86. 765-781 (1998)
• [Publications] Shima K,Tanji J.: "Role for cingulate motor area cells in voluntary movement selesction based on reward." Science. 282・5392. 1335-1338 (1998)
• [Publications] Hoshi E,Shima K,Tanji J.: "Task-dependent selectivity of movement-related neuronal activity in the primate prefrontal cortex." J.Neurophysiol.80・6. 3392-3397 (1998)
• [Publications] Shima K,Tanji J.: "Both Supplementary and presupplementary motor areas are crucial for the temporal organization of multiple movements." J.Neurophysiol.80・6. 3247-3260 (1998)
• [Publications] Kawashima R,Tanji J,Okada K,Sugiura M,Sato K,Kinomura S,Inoue K,Ogawa A,Fukuda H,: "Oculomotor sequence learning:a position emission tomography study." Exp.Brain Res.122・1. 1-8 (1998)
• [Publications] Sasaki K,Takino R,Hikosaka O,Miyauchi S,Sasaki Y,Puetz B,Fujimaki N.: "Separate cerebellar areas for motor control." NeuroReport. 9. 2359-2363 (1998)
• [Publications] Kawagoe R,Takikawa Y,Hikosaka O.: "Expectaion of reward modulates cognitive signals in the basal ganglia." Nat.Neurosci.1. 411-416 (1998)
• [Publications] Takikawa Y,Kawgoe R,Miyashita N,Hikosaka O.: "Presaccadic omnidirectional burst activity in the basal interstitial nucleus in the monkey cerebellum." Exp.Brain Res.121. 442-450 (1998)
• [Publications] Nakamura K,Sakai K,Hikosaka O.: "Neuroral activity in medial frontal cortex during learning of sequential procedures." J.Neurophysiol.80. 2671-2687 (1998)
• [Publications] 彦坂,興秀: "手の順序動作の手続き的学習" 神経研究の進歩. 42. 106-116 (1998)
• [Publications] Hikosaka O.: "Neural systems for control of voluntary action-a hypothesis." Adv.Biophysics.35. 81-102 (1998)
• [Publications] Hikosaka O,Miyashita K,Miyachi S,Sakai K,LuX.: "Differential roles of the frontal cortex,basal ganglia, and cerebellum in visuomotor sequence learning." Neurobiology of Leaning and Memory. 70. 137-149 (1998)