他者の“裏をかく”神経基盤の解明：脳内他者行動モデルの構築とそれに基づく行動選択

2018 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 18K07349
• Research Institution: Niigata University
• Principal Investigator: 田中 慎吾 新潟大学, 医歯学系, 助教 (30597951)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 川嵜 圭祐 新潟大学, 医歯学系, 准教授 (60511178)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2021-03-31
• Keywords: 心の理論 / 脳内他者 / ECoG / fMRI / 電気生理学

Outline of Annual Research Achievements

他者の心を推測する能力は「心の理論」と呼ばれ、社会生活を営むにあたり、重要な能力となっている。これまでの研究により、「心の理論」には、複数の脳領野が関与していることが知られているが、自己とのインタラクションによって変化する他者の心や行動の脳内推測過程や、他者の心と周辺状況に応じた行動選択の神経メカニズムについてはいまだ未知である。そこで、本研究では、インタラクティブな実験課題を新たに開発し、他者行動モデルとそれを用いた戦略的な行動選択の神経生理学的基盤の解明を目指す。
そのために、平成30年度は、まずヒトを被験者とするfMRI実験を行うため課題制御システムを開発し、その課題を用いて予備実験を行った。その結果、ヒト被験者がとる戦略や、脳内他者モデルの信頼度に応じたBOLD信号の変化が検出できた。特に、前頭前野外側部や島皮質において、他者行動モデルや戦略的行動選択に関与する神経活動が観察された。同時に、ニホンザルからのECoG信号の記録に向けて、インタラクティブ課題の実験制御システムを開発した。現在、二頭のニホンザルに対して、インタラクティブ課題を遂行するための訓練を施している。
平成31/令和元年度は、より高磁場のMRI装置を用いて、多数のヒト被験者を用いた本実験を行う。さらに、インタラクティブ課題の訓練を終えたニホンザルの、他者行動モデルおよび戦略的行動選択関連領野にECoG電極をインプラントし、ECoG信号の記録を開始する計画である。最終的に、ヒトとニホンザルから得られた実験データを解析し、脳内における他者行動モデルの計算過程と戦略的行動選択の神経メカニズムについて検討することで、他者の心と周辺状況に応じた行動選択や、経時的に変化する他者の心や行動の推測の神経メカニズムの解明につながることが期待される。

Current Status of Research Progress

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

Reason

本研究では、ヒトを被験者としたfMRI実験により、他者行動モデルや戦略的行動選択に関与する脳領域を同定するとともに、ニホンザルの他者行動モデル関連領野から記録したECoG信号を記録し、脳内における他者行動モデルの計算過程と戦略的行動選択の神経メカニズムの解明を目指す。
これまでに、ヒトを被験者とするfMRI実験を行うためのインタラクティブ課題を開発し、その課題を用いて予備実験を行った。課題中のヒト被験者の行動を解析した結果、この課題中、被験者は対戦相手の行動を予測し、それに対応する行動をとることが分かった。また、被験者の行動を決定するための脳内他者モデルを、被験者の行動履歴から推定することにも成功した。さらに、課題中のfMRI画像を解析した結果、ヒト被験者がとる戦略や、脳内他者モデルの信頼度に応じたBOLD信号の変化を検出できることが分かった。特に、前頭前野外側部や島皮質において、他者行動モデルや戦略的行動選択に関与する神経活動が観察されたことから、ニホンザルを用いた電気生理学実験では、これらの領域からECoG信号を記録する計画である。
一方、ニホンザルからのECoG信号の記録に向けて、インタラクティブ課題の実験制御システムを開発した。現在、二頭のニホンザルに対して、インタラクティブ課題を遂行するための訓練を施している。

Strategy for Future Research Activity

ヒトを被験者とするfMRI実験については、今後はより高磁場のMRI装置を用いて、多数の被験者を用いた本実験を行う計画である。平成31/令和元年度中に、fMRI計測実験を終了し、令和２年度には、その実験データの解析を行う予定である。fMRI画像を用いて、脳内他者モデルの計算メカニズムを知るには、被験者の行動から、より高精度に脳内他者モデルを推定する必要がある。そこで、平成31/令和元年度中に、被験者の行動をもとにした、より高精度な脳内他者モデル推定モデルを構築する。ニホンザルを用いた電気生理学実験については、引き続き、インタラクティブ課題遂行のための訓練を行い、平成31/令和元年中には、ヒトを対戦相手とした課題を開始する計画である。また、ニホンザルの訓練と並行して、ECoG電極の設計を行う。先行研究や、所属研究室で行われている研究によって、マカクザルの社会的行動には前頭前野内側部の背側部が重要であると、報告されている。また、本研究のfMRI予備実験においては、インタラクティブな課題において前頭前野外側部と島皮質の重要性が示されている。これらのことから、前頭前野内側部、前頭前野外側部、島皮質に適したECoG電極を設計・開発し、訓練を終えた二頭のニホンザルにインプラントする計画である。同時に、頭部固定具のインプラントも行い、回復後、インタラクティブ課題遂行中のECoG信号の記録を行う計画である。令和２年度には、得られた実験データを解析し、脳内における他者行動モデルの計算過程と戦略的行動選択の神経メカニズムについて検討するとともに、ヒトfMRI実験の結果と比較することで、種間の違いと相同性について考察する。最終的に、研究成果の学会発表、論文の準備・投稿を行い、研究をまとめる計画である。

Causes of Carryover

当初、平成30年度中に、ECoG電極の設計開発とニホンザルへのインプラントを行う予定であったが、平成31/令和元年度に行うことになった。そのため、次年度使用額は、平成31/令和元年度中に、ECoG電極の設計開発とニホンザルへのインプラントに使用する。