大脳基底核―大脳皮質系における学習と思考の神経機構

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12210015
• Research Institution: Kyoto Prefectural University of Medicine
• Principal Investigator: 木村 實 京都府立医科大学, 医学研究科, 教授 (40118451)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 上田 康雅 京都府立医科大学, 医学研究科, 助手 (60332954) ; 松本 直幸 京都府立医科大学, 医学研究科, 助手 (00252726)
• Keywords: 大脳基底核 / 線条体 / 視床 / 動機づけ / CM / Pf核 / 報酬 / ドーパミンニューロン

Research Abstract

1.大脳皮質-基底核系による運動手続きのコーディングに関する研究:レバー倒しとボタン押し、複数のボタンを特定の順序で押さえるなどの順序運動をサルにおこなわせ、線条体の単一ニューロンの活動を調べた。その結果、運動の組み合わせをコードするニューロンが多数存在することが分かった(Ueda & Kimura,2003)。また、ゴールに向かう運動の組み合わせをコードする線条体ニューロンの神経放電間にはポジティブな相関が見られ、大脳皮質-基底核連関を介する運動の組み立て過程に関わることが明らかになった(Kimura et al.2003)。
2.ドーパミンニューロンの担う動機づけど報酬予測誤差情報の同定:中脳に細胞体を持ち線条体や広範囲の大脳皮質に投射するドーパミンニューロンは報酬依存的な学習に関わると考えられている。定量的な報酬予測をもって行動選択をさせる課題をサルに行わせ、ドーパミンニューロンの活動を記録した。その結果、ドーパミンニューロンは報酬予測の誤差信号を担うと共に、動機づけに関係する情報を担うことが明らかになった(Satoh et al.2003)。これは従来提唱されている報酬予測誤差情報を介する学習への関与だけでなく、動機づけによる目的志向的な行動発現を鼓舞する働きがあることを初めて示すことになった。
3.動機づけに基づく行動発現における線条体の役割:報酬の獲得や嫌悪刺激を避ける方向に行動を鼓舞するしくみを調べるために、サルに予め報酬、嫌悪刺激が与えられることを教示して、レバーはなし運動をおこなわせ、,線条体のニューロン活動を調べた。その結果、介在細胞は報酬、嫌悪を教示する刺激を識別して表現することによって動機づけに基づく行動発現に貢献することが分かった(Yamada et al.2004)。

Research Products

• [Publications] Kimura M., Matsumoto N., Ueda Y., Satoh T., Minamimoto T., Yamada H.: "Involvement of the basal ganglia and dopamine system in learning and execution of goal-directed behavior."Adv.Behav.Biol.. 53. 377-380 (2002)
• [Publications] Kimura M., Matsumoto N., Okahashi K., Ueda Y., Satoh T., Minamimoto T., Sakamoto M., Yamada H.: "Goal-directed, serial and synchronous activation of neurons in the primate striatum."NeuroReport. 14. 799-802 (2003)
• [Publications] Ueda Y., Kimura M.: "Encoding of direction and combination of movements by the primate putamen neurons."Eur.J.Neurosci.. 18. 980-994 (2003)
• [Publications] Satoh T., Nakai S., Sato T., Kimura M.: "Correlated coding of motivation and outcome of decision by dopamine neurons."J.Neurosci.. 23. 9913-9923 (2003)
• [Publications] Kimura M., Yamada H., Matsumoto N.: "Tonically activated neurons in the striatum encode motivational contexts of action."Brain and Development. Suppl.25. S20-S23 (2003)
• [Publications] Haruno M., Kuroda T., Doya K., Toyama K., Kimura M., Samejima K., Imamizu H., Kawato M.: "Basal ganglia conducts human reinforcement learning : An fMRI study of a stochastic decision task."J.Neurosci.. 24. 1660-1665 (2004)
• [Publications] Kimura M., Minamimoto T., Matsumoto N., Hori Y.: "Monitoring and switching of cortico-basal ganglia loop functions by the thalamo-striate system."Neurosci.Res.. 48. 355-360 (2004)
• [Publications] Yamada H., Matsumoto N., Kimura M.: "Tonically active neurons in the primate caudate nucleus and putamen differentially encode instructed motivational outcomes of action."J.Neurosci.. (in press). (2004)
• [Publications] 金澤一郎: "脳神経科学"三輪書店(東京). 841 (2003)