不確実な状況下の意思決定戦略に関わる神経回路

2019 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 19K06948
• Research Institution: Doshisha University
• Principal Investigator: 廣川 純也 同志社大学, 研究開発推進機構, 准教授 (40546470)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 眼窩前頭皮質 / 不確実性 / メタ認知 / 視覚野 / 頭頂連合野 / 光遺伝学 / 線条体

Outline of Annual Research Achievements

動物は状況の不確実性によって行動戦略を切り替える。動物はどのようにして状況から不確実性をメタ認知（俯瞰的に理解）し、それを行動に反映させるのだろうか？本研究は動物が曖昧な知覚に基づく意思決定をおこなう際に、大脳皮質（眼窩前頭皮質、頭頂連合野、一次感覚野）の神経細胞がどのような神経回路メカニズムによってメタ認知を生かした行動を可能にしているのかを解明することを目指した。まずラットに不確実性下での知覚意思決定課題（報酬確率バイアス型嗅覚弁別課題、および視覚に基づくメタ認知課題）を訓練した。訓練が終わった動物の眼窩前頭皮質、頭頂連合野、一次視覚野に多数の記録用テトロード電極を留置し、行動課題遂行中の神経活動を解析した。眼窩前頭皮質の神経細胞は、動物の知覚判断の自信に応じた活動を示す細胞群や、その不確実性に修飾された報酬情報と相関する細胞群など最適な意思決定を遂行するために必要な情報をもつ細胞群にクラスター的に分けられることを明らかにした。またその一部のクラスターを構成する細胞の多くが線条体に投射することを明らかにし、機能的に変化する細胞集団の一部に神経投射が対応していることを明らかにした。一方、視覚に基づくメタ認知的意思決定課題を行わせた系では、視覚刺激の有無の報告（Go/Nogo）と、実際の強制選択による正解率の間に乖離がみられ、その過程に頭頂連合野や視覚野の神経細胞の大多数が協調て貢献していることをこれまで明らかにした。

Current Status of Research Progress

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

Reason

各実験系の融合が予想以上に早く進み、行動課題遂行中の神経細胞の活動の計測のデータを着実に集めることができた。

Strategy for Future Research Activity

今後は光遺伝学の系を用いた実験を中心に進める。標的とする脳領域に光ファイバーを慢性的に留置し、行動課題のセッションの前後に、特定のタイミングで青色光を照射し、それに対して応答する神経細胞を確認することで異なる領域に投射する神経細胞がどのような特異的な挙動を示すか、明らかにする。

Causes of Carryover

消耗品の価格を見誤り僅かではあるが（４円）、差異が生じた。僅かであるため、翌年度の使用計画には影響しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] Cold Spring Harbor Laboratory/Massachusetts Institute of Technology(米国)
  • Country Name: U.S.A.
  • Counterpart Institution: Cold Spring Harbor Laboratory/Massachusetts Institute of Technology
• [Int'l Joint Research] University of Oxford/University College London(英国)
  • Country Name: UNITED KINGDOM
  • Counterpart Institution: University of Oxford/University College London
• [Journal Article] Reinforcement biases subsequent perceptual decisions when confidence is low: a widespread behavioral phenomenon (2020)
  • Author(s): Lak Armin、Hueske Emily、Hirokawa Junya、Masset Paul、Ott Torben、Urai Anne E、Donner Tobias H、Carandini Matteo、Tonegawa Susumu、Uchida Naoshige、Kepecs Adam
  • Journal Title: eLife Volume: 9 Pages: na
  • DOI: 10.7554/eLife.49834
• [Journal Article] Frontal cortex neuron types categorically encode single decision variables (2019)
  • Author(s): Hirokawa Junya、Vaughan Alexander、Masset Paul、Ott Torben、Kepecs Adam
  • Journal Title: Nature Volume: 576 Pages: 446～451
  • DOI: 10.1038/s41586-019-1816-9
• [Presentation] Orbitofrontal-to-striatal projection drives confidence-dependent choice bias. (2019)
  • Author(s): Hirokawa, J., Lak, A., Ott, T., Ohnuki, T, Osako, Y., Manabe, H., Sakurai, Y., Kepecs, A.
  • Organizer: 49th Society for Neuroscience Annual Meeting, Chicago (米国)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Distinct roles of primary, secondary visual cortex and posterior parietal cortex in visually-guided decision-making. (2019)
  • Author(s): Osako, Y., Ohnuki, T., Manabe, H., Sakurai, Y. and Hirokawa, J.
  • Organizer: 49th Society for Neuroscience Annual Meeting, Chicago (米国)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Dynamic encoding of choice-target information in the perirhinal cortex. (2019)
  • Author(s): Ohnuki, T., Osako, Y., Sakurai, Y. and Hirokawa, J.
  • Organizer: 49th Society for Neuroscience Annual Meeting, Chicago (米国)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Discrete subpopulations in Orbitofrontal cortex represent distinct decision variables. (2019)
  • Author(s): Hirokawa, J.
  • Organizer: Systems Neuroscience and Decision Making (Arhus, Denmark)
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Remarks] 適切な意思決定を可能にする神経回路を特定
  • URL: https://www.u-presscenter.jp/2019/12/post-42824.html