2021 Fiscal Year Research-status Report
ゼブラフィッシュの予測に基づいた意思決定における大脳皮質-基底核回路の機能の解明
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20K15942
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| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
谷本 悠生 国立研究開発法人理化学研究所, 脳神経科学研究センター, 基礎科学特別研究員 (80815184)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | ゼブラフィッシュ / カルシウムイメージング / 意思決定 / 大脳基底核 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
動物は絶えず変化する周囲の状況に応じて適切な意思決定を行う。これまで意思決定においては、過去の経験依存的に適切な行動が引き起こされる仕組みが研究されてきた。一方、動物は未知の状況においても到達すべき状況を予測し、適切な行動を選択する。この予測に基づいた意思決定は、我々ヒトの精神活動においても根幹をなす脳機能の一つであるが、そのメカニズムは不明な点が多い。本研究では、ゼブラフィッシュのコンパクトな大脳皮質-基底核回路を活かして、予測に基づいた意思決定中の神経活動を計測・操作し、予測情報が統合され適切な行動に反映される神経回路機構の解明を目指す。これまでの結果から、ゼブラフィッシュの淡蒼球内節に相当する細胞から大脳皮質への情報出力において、周囲の状況の危険度の予測情報が伝達されていることが既に判明していた。前年度においては、この淡蒼球内節に相当する細胞の活動を制御している上流の神経核である線条体の直接路・間接路細胞が仮想空間でのGo/No-go課題学習中にどのような活動を示すかをカルシウムイメージングにより計測する方法を確立した。本年度は、線条体直接路・間接路のイメージング実験を継続および統計的な解析を行い、学習依存的なクラスター活動の変化を計測することに成功した。さらに本年度は、淡蒼球内節、線条体の直接路・間接路細胞に加えて、所属研究室で過去に計測された大脳皮質相当領域のイメージング結果を統合的に解釈し、ゼブラフィッシュの大脳皮質ー基底核回路が全体としてどのような計算を行い、最終的に特定の状況下で適切な予測や行動をとることができるかの神経回路モデルを作成した。以上の成果により、脊椎動物の大脳皮質ー基底核回路が、適切な到達すべき状況の予測と、それに基づいた行動選択を行う基本的な計算原理を提唱した。
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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
ゼブラフィッシュ線条体のカルシウムイメージングにより、学習前後での活動パターンの可塑的な変化を捉えることに成功した。また以上の成果により、大脳皮質・線条体・淡蒼球のイメージング結果を統合して、大脳皮質・基底核回路が適切な到達すべき状況を学習し、その状況に向かって行動を選び取るための神経回路モデルを作成することができたため、研究は順調に進捗している。
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| Strategy for Future Research Activity |
次年度は申請内容に基づいて、脚内核-大脳皮質経路の神経活動を光遺伝学的に操作しながら、大脳皮質の神経細胞活動と行動の計測を行い、脚内核の活動が大脳皮質活動や意思決定に対してどのような影響を及ぼすかを解明する。さらに、大脳皮質・基底核回路が適切な到達すべき状況を学習し、その状況に向かって行動を選び取るための神経回路モデルを数値シミュレーションとして実装し、このモデルが実際の動物で見られた行動選択のパターンや神経活動を再現できるかの理論的研究も行う。
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| Causes of Carryover |
コロナウイルスの感染拡大に伴い発令された緊急事態宣言によって2020年度中に執行予定だった予算の一部を2021年度中に執行したが、そのため当初2021年中に予定していた研究計画に一部遅れが生じたため、補助事業期間延長の申請を行った。当初2021年度中に執行する予定だった予算は、補助事業期間中の2022年度中に執行する予定である。
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