選択的注意が嗅感覚を変える：マウス実験に基づく嗅覚系モデルと嗅感覚予測法の提案

2015 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 26730144
• Research Institution: Hiroshima University
• Principal Investigator: 曽 智 広島大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (80724351)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2017-03-31
• Keywords: 嗅覚系 / 選択的注意 / ニューラルネット

Outline of Annual Research Achievements

近年，マウスを用いた匂い識別実験から，嗅覚系内における選択的注意メカニズムが発見された．研究協力者の滝口らが3種類の分子を組み合わせて計6種類の匂いを作成してマウスに識別させた結果，マウスは識別問題にとって重要な分子に対して選択的注意を向け，重要でない分子の情報は削減していることが明らかになった．人間に関しても，選択的注意を向けられる分子は3種～4種が上限であることが示されており，これは匂い感覚の個人差の主要な原因であると考えられる．しかしながら，選択的注意の神経基盤や機序は明らかにされていない．もし，この問題が解決できれば嗅覚異常を示すパーキンソン病の早期発見や匂い調香装置などへの応用が期待できるため，本研究では生物学的知見と工学的技術を組み合わせ，選択的注意を再現可能な嗅覚系モデルの構築を目的とする．
本年度は嗅覚モデルを用いてマウスの嗅感覚を再現するために，当初の予定通り，嗅覚系モデルのパラメータ調整アルゴリズムを開発した．そして，研究協力者の滝口らの実験プロトコルに基づき，3種類の分子に対応する神経活動を提案モデルに入力し，嗅球の僧房層に誘起された神経活動パターンとマウスの識別率を比較した結果r=0.8以上の強い相関を確認した．また，モデルに含まれる神経細胞群の時空間的な発展とパラメータの関連性について検討した結果，興奮性の僧房細胞と抑制性の顆粒細胞の間の局所的なシナプス接続強度の更新と相互作用によって選択的注意機能が表現できる可能性を見出した．さらに，人間の嗅感覚に提案モデルの応用を検討するために，8種類の匂い分子を任意のタイミングで混合してヒトに提示可能な匂い暴露装置を開発するともに，匂い感覚の客観的評価を行うための生体信号計測（心電図など）の準備を進めている．

Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

本研究は以下の3項目を課題として，選択的注意機能に関する情報処理メカニズムを解明する．(1) 匂い識別実験による選択的注意データベースの構築，(2) 嗅覚系の構造に基づく選択的注意モデルの構築，(3) モデルを用いた選択的注意の特性解析と情報処理メカニズムの推定
本年度は全ての課題について取り組み，特定の匂いに対する選択的注意と感覚特性との関連性を見出しただけでなく，そのメカニズムの一端を明らかにするともに，当初２８年度に計画していた人間への応用についても検討を始めたため．

Strategy for Future Research Activity

当初の予定通り，提案モデルを人間に応用可能か検証するために，人間の選択的注意に関する感覚特性データベースの構築を試みる．人間に対して官能検査を行うともに，心電図や脈波などの生体信号を記録し官能検査との関連性について検討することで，嗅感覚の定量評価を試みる．具体的には，（１）生体信号の同期計測が可能な匂い暴露装置の制御アルゴリズムを開発し，（２）マウスの匂い識別実験に基づいた嗅感覚評価実験プロトコルを確立して人間の選択的注意特性を明らかにするともに，（３）提案モデルによる人間の感覚特性予測の可能性について検討する．
ただし，人間の場合，マウスの実験で用いたような数種類の匂い分子で構成された匂いを識別することは容易であるため，選択的注意の影響を確認することは困難である．そこで，複数分子で組み合わされた匂いを提示したのち，匂いを構成する各分子をランダムな順で提示し，各分子の寄与度を被験者に回答してもらうという方法を採用する．このとき，寄与が大きいと評価された分子は，選択的注意の対象の分子であると解釈できる．次に，類似度の高い匂いを識別する課題を被験者に与え学習を促した後，再度同様の官能検査を行い，感覚特性の変化を評価し，これをデータベース化する．

Causes of Carryover

論文投稿のための英文校正料の支払い時期が翌年度に繰り越されため．

Expenditure Plan for Carryover Budget

次年度に繰り越された金額は論文投稿料として用いる予定である．