2023 Fiscal Year Annual Research Report
適応行動を司る脳の単一学習則の提案と神経基盤検証
Publicly Offered Research
| Project Area | Hyper-adaptability for overcoming body-brain dysfunction: Integrated empirical and system theoretical approaches |
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| Project/Area Number |
22H04766
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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) |
2022-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 学習則 / イメージング |
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| Outline of Annual Research Achievements |
脳は，単一の感覚刺激に対して複数の行動戦略を用意し，戦略を使い分ける．工学分野では，行動戦略は，経験に基づいて行動を決定するモデルフリー戦略と，感覚刺激から隠れ状態を推定し，行動を柔軟に変化させる推論戦略に区別できる．本研究課題は，モデルフリー戦略・推論戦略を駆動する「学習則」に注目した．学習則の神経基盤として，中脳のドーパミン細胞に注目し，計測を進めた．
研究代表者らは，各戦略を切り分ける行動課題「マルチタスク課題」を，他の研究課題から継続して実施した．行動課題は，頭部固定マウスをトレッドミル上に設置した．マウスは，音刺激の周波数に応じて，左右のスパウトを選択し，報酬の水を得た．マルチタスク課題は，各試行の音周波数 (低，高) を，遷移確率pで切り替えた．p=0.8とp=0.2の交互条件と連続条件で，それぞれ，マウスの状態推定戦略とモデルフリー戦略を切り分けた．
上記の行動課題時に，ファイバーバンドルイメージングで，マウスの腹側線条体のドーパミン変動を計測した．この計測で，dlight (dopamine sensor) を発現したアデノ随伴ウイルス (AAV5-CAG-dLight1.1) を，腹側線条体に注入した．また，眼窩前頭皮質 (OFC) や腹側被蓋野 (VTA) での計測も試みた．本研究は現在，線条体のドーパミン変動に注目し，計測と解析を進めている．なお，ドーパミン変動の計測は，音周波数弁別の学習時と学習後，状態遷移確率に基づく行動バイアスの学習時と学習後の，計4段階で実施した．これまでに，線条体のドーパミン変動が，各段階で異なることを発見した．
なお，代表者らは，上記の行動課題時のマウスの選択行動を，人工神経回路網のRecurrent Neural Network (RNN) でモデル化している．今後，計測したドーパミン変動と，RNNの誤差学習信号との関係を検証する．脳の学習則と人工知能の関係を検証する．
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| Research Progress Status |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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