行動選択に関与する視床‐線条体インフォメーションフロー

2015 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 15K07155
• Research Institution: Fukushima Medical University
• Principal Investigator: 深掘 良二 福島県立医科大学, 医学部, 助教 (40457784)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2019-03-31
• Keywords: 背外側線条体 / オペラント条件付け / 刺激の弁別 / 手続き学習

Outline of Annual Research Achievements

行動選択は幅広い種で観察される重要な行動様式である。応募者らは刺激に合わせて行動を選択する仕組みに関して研究を行ってきた（Fukabori, 2012; Nishizawa,2012）。この行動選択の仕組みには脳内の線条体とよばれる部位が重要な働きをしている。線条体は主に大脳皮質と視床と呼ばれる部位から情報をもらい、処理した結果を他の脳部位に出力している。この処理には「正確さ」「反応速度」を司っている情報処理の流れがあり、これらの要素が組み合わさって行動選択が正確に素早く行われている。本研究では視床から入力される情報が、どのような処理を経て出力されるのかを解明することを目標としている。
平成27年度においては連携研究者が開発したラット用の頭部拘束型オペラント実験装置を用いて研究を進めた。タスクに関係のない運動を抑制するため、ラットの頭部に固定具をとりつけた。その固定具を専用の受け具にはめることによって、刺激に応じた反応を無駄な動作をすることなく実行できた。
最初のセッションではラットは刺激に応じて行動を制御することはできず、「正確さ」はチャンスレベルであった。セッションを進めるうちに正確さは徐々に上昇し、約80％で安定的になった。この状態で線条体背外側部に電極を挿入し、神経活動を記録していった。
本研究を進めることによって、視床や大脳皮質からの情報入力がどのように処理されているのかが明らかとなるだろう。刺激に応じた情報の流れを明らかにし、行動選択の基本となる機構を解明していきたい。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

本年度では予備実験の結果をもとに、頭部拘束型オペラント実験装置を用いてラットに弁別学習をさせ、課題遂行中のラットの線条体から活動記録を行った。
実験を進めるうちに無反応率が高い個体が出てくることが分かってきた。そこで、これを改善するために実験手続きの改良を試みた。動物が無視する試行を調べた結果、訓練の中盤において一方の刺激にのみ反応して、もう一方には反応しない（無視する）という行動をとっていた。この状態が長く続く動物は最終的に課題を学習できず、実験の効率を下げる要因となっていた。この動物の行動の原因として、1) 刺激の弁別性、2) 利き手、3) 明暗スケジュール、の三つの可能性を考え、そのうち1)と2)に関して、記録実験を進めつつ改善に取り組んだ。
ラットの聴覚関連の神経活動で最も反応性が良い周波数帯は4 kHz以上と60 kHz以下で、実験で使用している4～10 kHzの聴覚刺激は問題はないとわかっていた。しかし、より弁別性をあげるために12～28 kHzの刺激を用いて実験できるようにした。また、動物は刺激に関係なく左右どちらかのレバーに特化する場合が頻繁に見受けられた。これはおそらく、最初にレバーを押すという手続き学習が成立した方向に反応性が偏るのではないかと予測し、得意ではないレバーを押す試行を意図的に増やすことによって改善を試みた。これらの改良の結果、動物の無反応率をある程度下げることに成功した。しかし、まだ完全には0にすることができず、記録を進めつつ手続きの改良をしていきたい。
また副次的ではあるが、利き手という現象を今回の実験手続きで調べられることが分かった。これについても本研究か別課題として解析できればと考えている。

Strategy for Future Research Activity

記録実験を追加していき、領域間の機能別構成比の解析をさらにすすめる。特にプログラムの修正が必要であれば随時行っていく。
線条体神経細胞は中型有棘神経細胞と介在神経細胞が存在し、前者は全体の約95％、後者は5％を占める。平成27年度までの結果だと、ほとんどの記録は中型有棘神経細胞であると推測できる。追加することによってFast Spiking Interneuron（FSI）やTonically Active Neuron（TAN）などの記録データも得られる。 細胞種別の解析を加えていき、それぞれの細胞の役割を明らかにしていく。

Causes of Carryover

計画初年度、すぐに必要ではなかったため、物品の購入を遅らせた。為替相場の変動も理由の一つである。

Expenditure Plan for Carryover Budget

現在、見積もりを作製中で、早々に購入予定である。