2015 Fiscal Year Annual Research Report
オペラント学習進行に伴う大脳皮質－基底核回路における並列ループの機能シフトの解明
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15J00807
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| Research Institution | Tamagawa University |
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Principal Investigator |
相馬 祥吾 玉川大学, 脳科学研究所, 特別研究員(PD)
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| Project Period (FY) |
2015-04-24 – 2018-03-31
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| Keywords | 目標指向行動 / 習慣的行動 / 大脳皮質-基底核回路 / 機能シフト |
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| Outline of Annual Research Achievements |
動物は、オペラント学習により目的に応じた適切な行動を獲得し（目標指向行動）、その適切な行動はやがて習慣化する（習慣的行動）。この行動適応の進行に伴い、目標指向行動の形成を担う「前頭前野系ループ」から習慣化への転換を担う「運動系ループ」への機能シフトが知られており、「前頭前皮質－背内側線条体ループ」から「感覚運動皮質－背外側線条体ループ」へと移行すると考えられているが、その機能シフトの全貌は依然として未解明のままである。
機能シフトの全貌解明には、大脳皮質-基底核回路における各脳領域を正確に同定した上で細胞外記録することが必須である。本研究では、高い空間解像度で電極を操作することが可能であり、かつ、神経薬理学的手法や光遺伝学的手法などの様々な手法と組み合わせることもできる頭部固定された覚醒動物を用いた実験系を構築することとした。
本年度は、頭部固定されたラットが左右の前肢を用いてペダルを操作する新規のオペラント行動課題を確立した（左右ペダル課題）。この課題において、ラットは左右のペダルを下方へ一定時間（例えば1秒）押し込み、その後、自発的にどちらか一方のペダルを選択する（ペダルから前肢を離す）ことで報酬が得られる。課題には「右ペダル－報酬ブロック」と「左ペダル－報酬ブロック」の2つのブロックが用意されており、ラットは文脈依存的にペダルを選択する必要がある。
およそ2週間でラットは左右のペダルを文脈依存的に操作することを学習した。ブロックが切替わった後、反対側のペダルを選択するまでの試行数が学習期間に伴って減少することを観察できており、目標指向行動を評価するのに適した実験系になっていると考えられる。今後は、ブロック切替わりの条件や訓練期間を変化させることで、本行動課題において習慣的行動にスムーズに移行する条件を検討する予定である。
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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
初年度は、頭部固定されたラットが左右の前肢を用いてペダルを操作する新規のオペラント行動課題を確立した（左右ペダル課題）。これにより、機能シフトに関与すると推定される領域から高い空間解像度で神経活動を記録することが可能となり、オペラント学習進行に伴う大脳皮質－基底核回路における並列ループの機能シフトの全貌解明に大きく貢献できることが期待できる。
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| Strategy for Future Research Activity |
新規開発した実験系において、およそ2週間でラットは左右のペダルを文脈依存的に操作することを学習可能である。ブロックが切替わった後、反対側のペダルを選択するまでの試行数が学習期間に伴って減少することを観察できており、目標指向行動を評価するのに適した実験系になっていると考えられる。今後は、ブロック切替わりの条件や訓練期間を変化させることで、本行動課題において習慣的行動にスムーズに移行する条件を検討する予定である。
また、現在、運動系ループの一部である一次運動野や二次運動野から神経活動を記録しており、課題関連活動（特に運動関連活動）を観察できてきる。このような活動が学習初期と後期（習熟・習慣化）でどのように変化してゆくのか次年度において検討する予定である。
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