2021 Fiscal Year Annual Research Report
ベイズ型行動選択の理論・回路・細胞のマルチスケール解明
Publicly Offered Research
| Project Area | Constructive understanding of multi-scale dynamism of neuropsychiatric disorders |
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| Project/Area Number |
21H00187
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
船水 章大 東京大学, 定量生命科学研究所, 講師 (20724397)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | ベイズ推定 / 強化学習 / 知覚意思決定 / 光遺伝学 / マウス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
外界の知覚は，感覚刺激だけでなく，脳の内部状態・事前知識に依存する．本研究は，ベイズ理論に注目して，脳が感覚情報と事前知識のバランスを調整し，行動を最適化する機構を検証する．具体的には，マウスの行動実験や神経活動操作と計測，行動モデル化を用いる．脳の最適性が失われた場合，幻聴や妄想に繋がると考える．感覚情報と事前知識を統合する神経基盤の解明は，精神疾患の基礎的理解に繋がる．
初年度は，マウスのベイズ型行動課題を提案・実施した．ベイズ課題でマウスは，音刺激の周波数 (低・高) に応じて，左・右のスパウトを選択した．同課題は，事前知識の導入のために，左右スパウトの報酬量を約100試行で切り替えた (報酬量バイアス：3.8-1.0 ulから1.0-3.8 ul, 左-右)．また，事前知識と感覚刺激のバランス操作のために，音提示時間を0.2秒・1.0秒用意した (音の不確実性操作)．この行動課題時の選択行動を，10匹の野生型マウスで解析した．
音提示時刻が1.0秒の長音試行の場合，0.2秒の短音試行に比べて，マウスの周波数弁別行動は正確であり，報酬量バイアスの影響を受けにくかった．ただし，心理測定関数でのマウスの行動モデル化の結果，音の不確実性依存のマウスの選択行動は，最適ではないことがわかった．具体的には，マウスは，音の不確実性依存の行動バイアスを保持せず，一定のバイアスを保持していた．強化学習での行動モデル化は，音の不確実性に依存しない行動バイアスを，マウスが直前の経験から時々刻々と変更し，行動を修正する可能性を示唆した．これらの結果を国際的な学術雑誌のiScienceに発表した．
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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
マウスの行動課題の構築に成功し，行動データ解析で，国際的な学術雑誌に成果を報告した．一方，行動課題時のマウスの神経活動計測や操作の実験は遅れている．特に神経活動操作の実験は，昨今の難しい状況により，アメリカからの遺伝子改変マウスの取得が遅れたため，セットアップが遅れた．進んだ面と遅れた面があるため，総合的には順調と判断した．
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| Strategy for Future Research Activity |
ベイズ型行動課題時に，マウスの大脳新皮質の神経活動を計測する．得られたデータを情報学的手法で解析し，脳のベイズ表現を解明する．また，レーザー走査型顕微鏡で，同行動課題時に，大脳新皮質背側の任意の領野を抑制する実験系を用いる．光遺伝学で，ベイズ型行動選択に寄与する領野や神経回路の同定につなげる．
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Research Products
(5 results)
