2019 Fiscal Year Annual Research Report
意思決定過程と内部モデルの相互作用
Publicly Offered Research
| Project Area | Correspondence and Fusion of Artificial Intelligence and Brain Science |
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| Project/Area Number |
19H04983
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
濱口 航介 京都大学, 医学研究科, 講師 (50415270)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 内部モデル / 二光子カルシウムイメージング / 光遺伝学 / 機能マッピング |
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| Outline of Annual Research Achievements |
移動や時間の経過によって環境が変化する実世界では，脳にとって，そして人工知能にとっても，モデルフリーの行動選択と，モデルベースの行動選択の回路を適切に組み合わせる必要がある．我々は先の公募研究において，有限の報酬（エサ）といった物理的制約であれば，げっ歯類が内部モデルを獲得しうる事を明らかにした．例えば，現実の世界では，資源は有限である．我々は，のどの乾いたマウスが，ある選択肢に割り当てられた水の量が有限であることを学習し，あたかも水の残量を数えるかのような行動をすることを明らかにした．このマウスは学習が進むにつれ，水がなくなる前に別の選択肢を取る，予測的な行動が増えていった．
この予測的な行動を行う神経メカニズムを明らかにするため，我々はマウスの２次運動野(M2)の一領域，Anterior Lateral Motor, (ALM）と呼ばれる領域に着目した．この領域には，運動準備に関わる神経細胞が存在する事が知られている．２光子顕微鏡を用いたカルシウムイメージング法を用いて神経活動を長期的に観測したところ，運動準備を表現するとされていた細胞集団が，運動開始の５～７秒前から価値を表現することが明らかになった．また学習後期のマウスでは，水の残量によく相関した行動価値を表現していた．予測的な選択肢の変更という，学習後期マウスでのみ見られる行動は，行動価値が予測的に減ってしまうために起こると考えられる．このような活動は，学習初期のマウスでは見られなかった．
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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
上述のALM領域で見られる価値計算が，本当に行動選択に使われているのか確認する必要がある．これを確かめるため、チャネルロドプシン２が抑制性神経細胞に発現しているマウスを用い，課題中に皮質の様々な場所を抑制する実験を行った．ランダムスキャン方式でレーザー光を走査し，透明なセメントで固めた頭蓋骨を通して脳表を多点刺激できるデバイスを開発した．この方法で皮質領域がどの程度抑制できるのか明らかではなかったが，シリコンプローブを用いた計測を通じて，１ｍｍ四方，深さ５００μmまで抑制可能な事がわかった．
この操作系を用いALMの神経活動を運動準備中に抑制すると、予測的な行動ができなくなり、水が出なくなっても同じ選択肢に固執する傾向が強くなった。これは予測的な行動価値が消失した事と一致する。また他の皮質領域の操作では、このような行動変化は起きなかった．また運動準備中の様々な時間帯で皮質活動を抑制することで，特定の時間タイミングでの脳活動が重要であることも明らかになってきた．上記の結果から，おおむね順調に進展していると判断した．
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| Strategy for Future Research Activity |
光遺伝学実験の実験を完了させ，論文投稿に向けて準備を行う．
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