Neural mechanism for predictive action selection

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21H02804
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 51020:Cognitive and brain science-related
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: Hamaguchi Kosuke 京都大学, 医学研究科, 准教授 (50415270)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 意思決定 / 予測 / 光遺伝学 / カルシウムイメージング

Outline of Final Research Achievements

To achieve flexible action selection, it is important to learn the patterns of environmental changes and predict these changes. In this study, we first demonstrated that mice can act based on predictions. Next, by measuring neural activity through calcium imaging, we found that the activity in the secondary motor cortex reflects expectations based on past memories in the early stages of learning and expectations based on predictions in the later stages of learning. When the activity of the secondary motor cortex was inhibited using optogenetics, the mice were unable to make predictive choices. This indicates that the secondary motor cortex is a crucial brain region for predictive action selection.

Free Research Field

システム神経科学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

これまでの研究から、条件が定期的に変化する課題では長期的な学習の結果、動物が報酬条件の変化するタイミングを予期してしまう、という報告が複数存在していた。このような予測的な行動選択に特徴的な神経活動を示す脳領域は複数知られていたが、それらの活動と行動選択との因果関係は明らかではなかった。我々は、課題の報酬条件が定期的に変化する課題を学習させたマウスは、予測的に行動を変化できる事を見出した。またカルシウムイメージングと光遺伝学を用いた本研究により、２次運動野が予測的な行動選択に因果的にも重要であることが明らかにした。この結果は、皮質が担う柔軟な行動選択のメカニズムの一端を明らかにするものである。