2020 Fiscal Year Annual Research Report
Brain organization for theory-of-mind and letter recognition-like behaviors in macaques—comparing homology with humans
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19H01038
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| Research Institution | Niigata University |
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Principal Investigator |
長谷川 功 新潟大学, 医歯学系, 教授 (60282620)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
飯島 淳彦 新潟大学, 自然科学系, 教授 (00377186)
松尾 健 東京医療保健大学, 医療保健学部, 講師 (10733941)
足立 雄哉 新潟大学, 医歯学系, 助教 (40625646)
鈴木 隆文 国立研究開発法人情報通信研究機構, 脳情報通信融合研究センター脳情報通信融合研究室, 室長 (50302659)
中原 潔 高知工科大学, 情報学群, 教授 (50372363)
南本 敬史 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 放射線医学総合研究所 脳機能イメージング研究部, グループリーダー(定常) (50506813)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 心の理論 / 霊長類 / 皮質脳波 / 言語 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
(1)心の理論検証の決め手となる誤信念認知の責任脳回路同定、(2)心の理論を操る駆け引きに関わる脳回路の種間相同性検証、(3)文字/文字様記号の認知を担う脳回路の種間相同性検証、という3つの下位目標ごとに計画を進めた。(1)では、前年度に他者の誤信念認知に因果的に関わることが示唆されたマカクザルの内側前頭皮質と結合する脳部位をDREADDsの分子イメージングと免疫組織染色により進め、皮質領野の楔前部、補足運動野、体性感覚野、頭頂視覚連合野７a、LIPや側頭視覚連合野 TEd、傍嗅野36野からの入力投射を明らかにした。また霊長類の潜在的誤信念認知の能力について、実験パラダイムの違いと種間相同性の見地から検討した（Egawa et al FEBS J 2022）。
(2)では、相手の正直度と利害関係に依存して駆け引きをさせる社会認知課題を実行中のヒト被験者の行動を説明する計算論的行動モデルを作成した。課題遂行中のヒトfMRI実験により、他者意図や社会的文脈の統合が必要な意思決定において、頭頂側頭接合部・後帯状皮質・前頭前野などの脳領域が重要であることを明らかにした（Zhao et al Neuro2021）。また新たに2頭のマカクザルを対象として行動課題の訓練を進め、ヒトfMRIの結果を参照してECoG電極を設計した。
(3)では、マカクザルが物を表す語を組み立てる能力（Liu et al Sci Rep 2022）および動画を主語、動詞、目的語の組み合わせとして表す能力を持つ可能性を報告した（Saito et al Neuro2021）。またヒトが文字列を文節に連結させながら自分のペースで読ませると文節の区切りで反応時間が延びることを見出し（Kasedo et al Adv Biomed Engineer 2021）、fMRIにて左下前頭皮質や側頭極に文節の区切りで相対的に活動を低下する脳部位を見出した（Kasedo et al Neuro2021）。
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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
(1) 誤信念認知の責任脳回路同定、(2) 心の理論を操る駆け引き課題の開発による脳回路の種間相同性検証、(3) 文字/文字様記号の認知を担う脳回路の種間相同性検証、という3つの研究項目のうち、
(1)ではコロナ対策の隔日勤務によるマンパワー低下や動物/ヒトの移動制限によりDREADDs分子イメージングと組織学的手法による発現部位の確認が遅延したが、霊長類の潜在的誤信念認知の能力について、実験パラダイムの種類と種間相同性の見地から検討して論文発表した（Egawa et al FEBS J 2022）。
(2)では前年度に不慮の体調不良により安楽死させた2頭のサルの代わりに、別の2頭のマカクザルに駆け引き課題の訓練を進め、ヒト被験者の行動を説明する計算論的行動モデルを作成してfMRIにより相手の信頼度に関わる賦活部位を見出して学会発表し、またfMRIの結果を参照してECoG電極を設計するなど、進捗した。
(3)では、マカクザルが物を表す文字を組み立てる能力を明らかにした（Liu et al Sci Rep in press）。またヒトを対象とした1文字連続提示課題を用いて、文節の区切りの文字提示時に反応時間が延びることを明らかにし（Kasedo et al Adv Biomed Engineer 2021）、fMRIにて左下前頭皮質や側頭極に、文節の区切りで一過性に活動を低下する脳部位を見出した（Kasedo et al Neuro2021）。
以上より、全体としては概ね順調に進展したと判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
(1) 誤信念認知の責任脳回路同定、(2) 心の理論を操る駆け引きに関わる脳回路の種間相同性検証、(3) 文字/文字様記号の認知を担う脳回路の種間相同性検証、という3つの研究項目ごとに、引き続きマカクザルを対象とした行動実験・電気生理実験とヒトを対象とした行動実験・fMRIを並行して進める。今後は、
(1) 前年度までにニホンザルにおける誤信念認知に関わる脳回路を同定し、人との相同性を検討した（Egawa et al FEBS J 2022）。当年度もDREADDsの分子イメージングと局所の化学遺伝学的抑制の電気生理学的効果の検証、および組織学的検証を進める。また定型発達および広汎性発達障害のヒトにおいて相同の脳回路を同定するための誤信念認知のパラダイムを開発し、行動実験を進める。
(2)では、前年度に、駆け引き課題を用いたヒト被験者の行動を説明する計算論的行動モデルを完成した（Zhao et al FENS 2022）。この、行動モデルをもとにfMRIデータの解析を進め、駆け引きに関連する脳回路とその計算メカニズムを明らかにする。並行して進めているサルを用いた駆け引き課題の、皮質脳波法による電気記録実験を進める。
(3)では、昨年度に行った、初めて見た動画の内容を主語、動詞、目的語の組合わせとして表せるかの行動学的検証（Saito et al Neuro2021）を1頭目に引き続き、2頭目のサルでも進め、MRIコネクトームに基づいた電気生理学的検証をおこなう。また、前年度までの解析を拡張し、文字様記号の操作にともなってサルの後下前頭皮質と背外側前頭皮質の間の事象関連電位の機能的相関を、位相差の解析により明らかにする。
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Research Products
(24 results)
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[Journal Article] Burden of seizures and comorbidities in patients with epilepsy: a survey based on the tertiary hospital-based Epilepsy Syndrome Registry in Japan.2022
Author(s)
Inoue Y, Hamano SI, Hayashi M, Sakuma H, Hirose S, Ishii A, Honda R, Ikeda A, Imai K, Jin K, Kada A, Kakita A, Kato M, Kawai K, Kawakami T, Kobayashi K, Matsuishi T, Matsuo T, Nabatame S, Okamoto N, Ito S, Okumura A, Saito A, Shiraishi H, Shirozu H, Saito T, Sugano H, Takahashi Y, Yamamoto H, Fukuyama T, Kuki I.
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Journal Title
Epileptic Disord
Volume: 24
Pages: 82-94
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] Single caudate neurons encode temporally discounted value for formulating motivation for action.2021
Author(s)
Hori Y, Mimura K, Nagai Y, Fujimoto A, Oyama K, Kikuchi E, Inoue KI, Takada M, Suhara T, Richmond BJ, Minamimoto T.
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Journal Title
eLife
Volume: 10
Pages: e61248
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] Chemogenetic dissection of the primate prefronto-subcortical pathways for working memory and decision-making.2021
Author(s)
Oyama K, Hori Y, Nagai Y, Miyakawa N, Mimura K, Hirabayashi T, Inoue KI, Suhara T, Takada M, Higuchi M, Minamimoto T.
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Journal Title
Sci Adv
Volume: 7
Pages: eabg4246
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Presentation] Time-frequency features of retrograde DREADD-Induced neuronal suppression in monkey medial prefrontal cortex2021
Author(s)
Issei Suzuki, Keisuke Kawasaki, Ryouta Akikawa, Taketsugu Hayasi, Jun Egawa, Takafumi Minamimoto, Yuuji Nagai, Yukiko Hori, Atsuhiko Iijima, Toshiyuki Someya, Isao Hasegawa
Organizer
The 44th Annual Meeting of the Japan Neuroscience Society
Int'l Joint Research
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[Presentation] Chemogenetic suppression of pharmacologically induced epilepsy in a macaque monkey2021
Author(s)
Naohisa Miyakawa, Yuji Nagai, Keisuke Kawasaki, Yukiko Hori, Kei Oyama, Asumi Orihara, Takeshi Matsuo, Takafumi Suzuki, Ken-ichi Inoue, Masahiko Takada, Testya Suhara, Makoto Higuchi, Takafumi Minamimoto
Organizer
The 44th Annual Meeting of the Japan Neuroscience Society
Int'l Joint Research
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