Neural mechanisms of personalized value

• Project Area: Science of personalized value development through adolescence: integration of brain, real-world, and life-course approaches
• Project/Area Number: 16H06396
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Complex systems
• Research Institution: Advanced Telecommunications Research Institute International
• Principal Investigator: 川脇 沙織 (田中沙織) 株式会社国際電気通信基礎技術研究所, 脳情報通信総合研究所, 研究室長 (00505985)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 橋本 龍一郎 東京都立大学, 人文科学研究科, 准教授 (00585838) ; 中村 優子 東京大学, 大学院総合文化研究科, 特任助教 (00610023) ; 柳下 祥 東京大学, 大学院医学系研究科(医学部), 講師 (50721940) ; 中谷 裕教 東京大学, 大学院総合文化研究科, 助教 (30333868)
• Project Period (FY): 2016-06-30 – 2021-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2020)
• Budget Amount: ¥283,530,000 (Direct Cost: ¥218,100,000、Indirect Cost: ¥65,430,000); Fiscal Year 2020: ¥53,690,000 (Direct Cost: ¥41,300,000、Indirect Cost: ¥12,390,000); Fiscal Year 2019: ¥53,690,000 (Direct Cost: ¥41,300,000、Indirect Cost: ¥12,390,000); Fiscal Year 2018: ¥53,690,000 (Direct Cost: ¥41,300,000、Indirect Cost: ¥12,390,000); Fiscal Year 2017: ¥53,690,000 (Direct Cost: ¥41,300,000、Indirect Cost: ¥12,390,000); Fiscal Year 2016: ¥68,770,000 (Direct Cost: ¥52,900,000、Indirect Cost: ¥15,870,000)
• Keywords: 長期的な行動選択 / 価値記憶 / 潜在的・顕在的個体内動因 / 思春期発達 / 長期的価値 / 東京ティーンコホート / 多変量解析 / 安静時脳活動 / 親子関係 / 社会脳機能 / 潜在的・顕在的固体内動因 / 主体価値 / 思春期

Outline of Annual Research Achievements

田中は多変量データから個人の多様性を反映する、より低次元の空間を定める手法を開発し、この手法をC01との連携で収集したpopulation based subsample (pn-TTC) の縦断親子データへ適用することで親子の脳の類似度と行動の類似度の関係を検証し、脳の機能ならびに構造パターンの情報が世代間で維持されること、さらにそれが親子の行動の類似度の生物学的要因となることを示した。
橋本は思春期後期を対象とした自伝的記憶のfMRI研究を継続した。内側前頭前野等の脳領域が、主体価値を反映する自己アイデンティティの形成に重要なエピソード記憶の脳内表現に関与していることを見出した。また、東京ティーンコホートデータを解析し、親子関係と相関する脳機能ネットワークから、女児の内在化問題を予測できる等、親子関係と脳機能、心理行動問題の橋渡しとなる知見を得た。
柳下はD1細胞による価値学習の汎化、D2細胞による価値学習の弁別機構を論文発表した。状況・コンテキストごとの価値学習の理解を進めるために自由行動下での罰による消去実験系を構築した。さらに自由行動下で神経活動やモノアミン動態を測定できる系を新規に構築した。
中村はC01と連携し脳仮説を検証するために必要な東京ティーンコホート (TTC) のサブサンプル (iTTC) の脳画像計測を、東京大学駒場キャンパスの3T-MRI装置を用いて実施した。2019年度は、15歳児を対象にした第三期の計測を行い、ほぼ計画通り終了した。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

（田中）個人の長期的な行動選択特性を予測できる主体価値の推定モデルの同定に必要な多変量データから個人の多様性を反映する潜在空間を定める手法の開発（論文発表済み）と親子データからその有効性を示すことができた（論文査読中）。さらに学習パラメータを高精度で推定できる実験プロトコルを開発し、思春期特異的な行動選択特性を特徴付ける結果を得ており現在論文作成中である。
（橋本）自伝的記憶のfMRI研究は、目標データ数の80%以上を収集した。自伝的記憶の脳内表象が単一ではなく、自己アイデンティティとの関連性の強さによって変化すること等、新しい知見を得た。また、東京ティーンコホートのデータ解析により、親子関係の質と相関する児童の脳機能ネットワークから、児童の問題行動を予測できることを示し、現在論文を専門誌に投稿中である。
（柳下）前頭葉シナプスの可塑性はノルアドレナリンにより促進され、抑制性インターニューロンにより抑制されることが分かってきた。この前頭葉シナプスの可塑性は恐怖条件づけの消去に必要であることを示唆する予備データを得た。自由行動下のマウスの神経活動やモノアミン動態を計測するために、ファイバーフォトメトリー法を用いる実験系を新たに構築した。
（中村）2019年度は15歳児を対象とした第三期の計測をほぼ完了し、178名のMRIデータを取得した。

Strategy for Future Research Activity

（田中）今年度に第3期までのコホートデータ収集が完了することから、3期分の時系列変化に着目した解析を行うことで、発達が進むにつれ我々が同定した特徴量がどう変化していき、主体価値の発展に繋がるかを検証する。
（橋本）自伝的記憶のfMRI研究のデータ収集を完了次第、データ解析、論文執筆・投稿をおこなう。A01田中らと連携しつつ、特に自伝的記憶と主体価値形成の関係に着目した解析をおこなう。東京ティーンコホートとの共同研究を推進し、思春期初期の研究成果の論文化を継続するとともに、思春期中期のデータ解析においてC01, D01と連携していく。
（柳下）状況・コンテキストごとの価値学習をシナプス可塑性と同様にノルアドレナリンとインターニューロンによる制御機構で説明されるのかを今後ファイバーフォトメトリー法と光遺伝学を組みあわせて検証していく。罰だけでなく、報酬による価値学習の消去に関しても前頭葉シナプス可塑性が関与するのか検証する。
（中村）2019年度に引き続き、2020年度も、C01と連携し東京ティーンコホート (TTC) のサブサンプル (iTTC) の脳画像計測を、東京大学駒場キャンパスの3T-MRI装置を用いて実施する。

Research Products

• [Int'l Joint Research] Univ of Melbourne and Melbourne Health(Australia)
• [Int'l Joint Research] Bellvitge Biomedical Research Institute(Spain)
• [Journal Article] Patterns of functional and structural brain information are preserved over generations (2020)
  • Author(s): Takagi Yu、Okada Naohiro、Ando Shuntaro、Yahata Noriaki、Morita Kentaro、Koshiyama Daisuke、Kawakami Shintaro、Sawada Kingo、Koike Shinsuke、Endo Kaori、Yamasaki Syudo、Nishida Atsushi、Kasai Kiyoto、Tanaka Saori C
  • Journal Title: bioRxiv Volume: -
  • DOI: 10.1101/2020.03.06.981068
  • Open Access
• [Journal Article] Dopamine D2 receptors in discrimination learning and spine enlargement (2020)
  • Author(s): Iino Yusuke、Sawada Takeshi、Yamaguchi Kenji、Tajiri Mio、Ishii Shin、Kasai Haruo、Yagishita Sho
  • Journal Title: Nature Volume: 579 Pages: 555-560
  • DOI: 10.1038/s41586-020-2115-1
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] State-unspecific patterns of whole-brain functional connectivity from resting and multiple task states predict stable individual traits (2019)
  • Author(s): Yu Takagi, Jun-ichiro Hirayama, Saori C. Tanaka
  • Journal Title: NeuroImage Volume: 201 Pages: 116036-116036
  • DOI: 10.1016/j.neuroimage.2019.116036
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Transient and sustained effects of dopamine and serotonin signaling in motivation‐related behavior (2019)
  • Author(s): Yagishita Sho
  • Journal Title: Psychiatry and Clinical Neurosciences Volume: 74 Pages: 91-98
  • DOI: 10.1111/pcn.12942
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Population-neuroscience study of the Tokyo TEEN Cohort (pn-TTC) : Cohort longitudinal study to explore the neurobiological substrates of adolescent psychological and behavioral development (2019)
  • Author(s): Okada N., Ando S., Sanada M., Hirata-Mogi S., Iijima Y., Sugiyama H., Shirakawa T., Yamagishi M., Kanehara A., Morita M., Yagi T., Hayashi N., Koshiyama D., Morita K., Sawada K., Ikegame T., Sugimoto N., Toriyama R., Masaoka M., Fujikawa S., Kanata S., Tada M., Kirihara K., Yahata N., Araki T., Jinde S., Kano Y., Koike S., Endo K., Yamasaki S., Nishida A., Hiraiwa-Hasegawa M., Bundo M., Iwamoto K., Tanaka SC., Kasai K.
  • Journal Title: Psychiatry and Clinical Neurosciences Volume: 印刷中 Pages: 231-242
  • DOI: 10.1111/pcn.12814
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Preliminary evidence of altered neural response during intertemporal choice of losses in adult attention-deficit hyperactivity disorder (2018)
  • Author(s): Tanaka Saori C.、Yahata Noriaki、Todokoro Ayako、Kawakubo Yuki、Kano Yukiko、Nishimura Yukika、Ishii-Takahashi Ayaka、Ohtake Fumio、Kasai Kiyoto
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 8 Pages: 6703-6703
  • DOI: 10.1038/s41598-018-24944-5
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Deficient neural activity subserving decision-making during reward waiting time in intertemporal choice in adult attention-deficit hyperactivity disorder (2018)
  • Author(s): Todokoro A., Tanaka S. C., Kawakubo Y., Yahata N., Ishii-Takahashi A., Nishimura Y., Kano Y., Ohtake F., Kasai K.
  • Journal Title: Psychiatry and Clinical Neurosciences Volume: 72 Pages: 580-590
  • DOI: 10.1111/pcn.12668
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Calcineurin knockout mice show a selective loss of small spines (2018)
  • Author(s): Okazaki H, Hayashi-Takagi A, Nagaoka A, Negishi M, Ucar H, Yagishita S, Ishii K, Toyoizumi T, Kasai H
  • Journal Title: Neurosci Lett Volume: 671 Pages: 99-102
  • DOI: 10.1016/j.neulet.2018.02.006
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] In Vivo Volume Dynamics of Dendritic Spines in the Neocortex of Wild-Type and Fmr1 KO Mice (2018)
  • Author(s): Ishii K, Nagaoka A, Kishida Y, Okazaki H, Yagishita S, Ucar H, Takahashi N, Saito N, Kasai H.
  • Journal Title: eneuro Volume: 5 Pages: 1-13
  • DOI: 10.1523/eneuro.0282-18.2018
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Explicit Performance in Girls and Implicit Processing in Boys: A Simultaneous fNIRS?ERP Study on Second Language Syntactic Learning in Young Adolescents (2018)
  • Author(s): Sugiura L, Hata M, Matsuba Kurita H, Uga M, Tsuzuki D, Dan I, Hagiwara H and Homae
  • Journal Title: Frontiers in Human Neuroscience Volume: 12 Pages: 1-12
  • DOI: 10.3389/fnhum.2018.00062
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] A common brain network among state, trait, and pathological anxiety from whole-brain functional connectivity (2018)
  • Author(s): Takagi Yu、Sakai Yuki、Abe Yoshinari、Nishida Seiji、Harrison Ben J.、Martinez-Zalacain Ignacio、Soriano-Mas Carles、Narumoto Jin、Tanaka Saori C.
  • Journal Title: NeuroImage Volume: 172 Pages: 506-516
  • DOI: 10.1016/j.neuroimage.2018.01.080
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] State-Unspecific Modes of Whole-Brain Functional Connectivity Predict Intelligence and Life Outcomes (2018)
  • Author(s): Takagi Yu、Hirayama Jun-ichiro、Tanaka Saori C
  • Journal Title: biorxiv Volume: - Pages: 1-24
  • DOI: 10.1101/283846
  • Open Access
• [Journal Article] Effects of behavioural activation on the neural basis of other perspective self-referential processing in subthreshold depression: a functional magnetic resonance imaging study (2017)
  • Author(s): Shiota, S., Okamoto, Y., Okada, G., Takagaki, K., Takamura, M., Mori, A., Yokoyama, S., Nishiyama, Y., Jinnin, R., Hashimoto, R., & Yamawaki, S.
  • Journal Title: Psychological Medicine Volume: 47 Pages: 877-888
  • DOI: 10.1017/s0033291716002956
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Altered effects of perspective-taking on functional connectivity during self- and other-referential processing in adults with autism spectrum disorder (2016)
  • Author(s): Hashimoto, R., Itahashi, T., Ohta, H. Yamada, T., Kanai, C., Nakamura,M., Watanabe, H., & Kato, N.
  • Journal Title: Social Neuroscience Volume: - Pages: 1-12
  • DOI: 10.1080/17470919.2016.1224202
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] 意思決定の数理モデルと実験による検証 (2019)
  • Author(s): 田中沙織
  • Organizer: 第29回東京臨床脳画像解析研究会
  • Invited
• [Presentation] 脳研究における大規模データの利活用 (2019)
  • Author(s): 田中沙織
  • Organizer: 第9回CiNetシンポジウム
  • Invited
• [Presentation] Uncovering developmental trajectory of conceptual neural representation and neural dynamics of flexible concept acquisition (2019)
  • Author(s): Anai S, Tanaka SC
  • Organizer: 新学術領域「思春期主体価値」国際シンポジウム
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Trace unbalance in reinforcement and punishment systems may contribute to the risk preference in adolescence (2019)
  • Author(s): Sakai Y, Sakai Y,Sugiyama H, Okada N, Ando S, Yahata N, Morita K, Koshiyama D, Kawakami S, Sawada K, Koike S, Endo K, Yamasaki S, Nishida A, Kasai K, Tanaka SC
  • Organizer: 新学術領域「思春期主体価値」国際シンポジウム
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Brain function mechanism of aftermath stress (2019)
  • Author(s): Suzuki Y, Tanaka SC
  • Organizer: 新学術領域「思春期主体価値」国際シンポジウム
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Probing the neural bases of intergenerationally sustainable decisions (2019)
  • Author(s): Aoki, R., Kotani, K., Shafhen, M., Hashimoto, R., Saijo, T
  • Organizer: 新学術領域「思春期主体価値」国際シンポジウム
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Disinhibitory gating of discrimination learning and spine enlargement by dopamine D2 receptors in the nucleus accumbens (2019)
  • Author(s): Yagishita, S.
  • Organizer: NIPS Learning & Memory meeting
• [Presentation] Metacognitive Questionnaire Using Adolescent-Parent Response Difference. (2019)
  • Author(s): dos Santos Kawata KH, Hashimoto R, Ohta H, Kasai K, Nakatani H, Koike S.
  • Organizer: Organization for Human Brain Mapping (OHBM)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Development of metacognition in adolescents. (2019)
  • Author(s): dos Santos Kawata KH, Nakamura Y, Kasai K, Koike S.
  • Organizer: International Brain Research Organization (IBRO)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Development of Metacognition in Adolescence: The Congruency-based Metacognition Scale (2019)
  • Author(s): dos Santos Kawata KH, Ueno Y, Hashimoto R, Yoshino S, Ohta K, Nishida A, Ando S, Nakatani H, Kasai K, Koike S
  • Organizer: International Symposium “Personalized Value: Interdisciplinary Approach”
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Cognitive food restriction associated with body weight status modulated brain response to high-caloric foods in regions of value estimation. (2019)
  • Author(s): Nakamura y, Koike S.
  • Organizer: International Symposium “Personalized Value: Interdisciplinary Approach”
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Development of Metacognition in Adolescence: The Congruency-based Metacognition Scale (2019)
  • Author(s): dos Santos Kawata KH, Ueno Y, Hashimoto R, Yoshino S, Ohta K, Nishida A, Ando S, Nakatani H, Kasai K, Koike S
  • Organizer: 人間行動科学研究拠点公開講義
• [Presentation] Metacognition using Child-Parent Perspectives Scale: A Preliminary Study of the Cortical Thickness Contribution (2019)
  • Author(s): dos Santos Kawata KH, Uematsu A, Nakamura Y, Okada N, Kasai K, Koike S.
  • Organizer: 人間行動科学研究拠点公開講義
• [Presentation] Metacognition using Child-Parent Perspectives Scale: A Preliminary Study of the Cortical Thickness Contribution (2019)
  • Author(s): dos Santos Kawata KH, Uematsu A, Nakamura Y, Okada N, Kasai K, Koike S
  • Organizer: 新学術領域研究 思春期主体価値
• [Presentation] The effects of stress on human emotion control (2019)
  • Author(s): 鈴木文丈、田中沙織
  • Organizer: 脳と心のメカニズム第19回冬のワークショップ
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Brain mechanisms of value acquisition, maintenance and updating through long-term conditioning and reversal conditioning (2019)
  • Author(s): 穴井達、田中沙織
  • Organizer: 脳と心のメカニズム第19回冬のワークショップ
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 意思決定における報酬と損失の異質性とその脳基盤 (2018)
  • Author(s): 田中沙織
  • Organizer: 行動経済学会 第12回大会
  • Invited
• [Presentation] Sex-dependent effects of child-parent relationships on resting-state functional connections in early adolescence (2018)
  • Author(s): Itahashi, T., Okada, N., Ando, S., Yamasaki, S., Koshiyama, D., Morita, K., Yahata, N., Koike, S., Nishida, A., Kasai, K., & Hashimoto, R.
  • Organizer: Neuroscience 2018
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Neural basis of motivation and depression (2018)
  • Author(s): 柳下 祥
  • Organizer: 日本精神神経学会
• [Presentation] いろいろな事象に適用した内発的動機付け尺度の妥当性・信頼性検討 (2018)
  • Author(s): 柴玲子, 安藤俊太郎, 川島友子, 太田和佐, 中谷裕教, 小池進介
  • Organizer: 東京大学こころの多様性と適応の統合的研究機構 シンポジウム「こころの適応を探る」
• [Presentation] Development of metacognitive questionnaire using child-parent response difference (2018)
  • Author(s): dos Santos Kawata KH, Hashimoto R, Ohta H, Kasai K, Nakatani H, Koike S
  • Organizer: 東京大学こころの多様性と適応の統合的研究機構 シンポジウム「こころの適応を探る」
• [Presentation] 選好のメカニズム解明を目指したヒトイメージング研究 (2018)
  • Author(s): 田中沙織
  • Organizer: 名古屋大学 脳とこころの研究センター ウィンタースクール
  • Invited
• [Presentation] 快情動プライミング影響下における時間選好に関わる神経基盤の解明 (2018)
  • Author(s): 山本 諭、田中沙織
  • Organizer: 電子情報通信学会ニューロコンピューティング研究会(NC)
• [Presentation] 長時間の学習による価値の形成に関わる脳機構の解明 (2018)
  • Author(s): 米川 柾、田中沙織
  • Organizer: 電子情報通信学会ニューロコンピューティング研究会(NC)
• [Presentation] Improvement in auditory verbal memory induced by theta tACS to bilateral prefrontal cortex. (2017)
  • Author(s): Hashimoto, R. & Karima, A.
  • Organizer: 2nd International Brain Stimulation Conference
  • Place of Presentation: バルセロナ、スペイン
  • Year and Date: 2017-03-08
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Dopamine actions on dendritic spines in the nucleus accumbens for reward-related learning (2017)
  • Author(s): Yagishita, S
  • Organizer: Naito Conference
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] A super-sensitivity of dopamine D2 receptor signaling for structural plasticity of dendritic spines. (2017)
  • Author(s): Yagishita, S., Iino, Y., Nakazato, R., and Kasai, H.
  • Organizer: Society for Neuroscience
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Synaptic basis of reinforcement learning (2017)
  • Author(s): Yagishita, S
  • Organizer: 2nd Annual meeting of Nepalese Neuroscience Society
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Model representation and mental simulation for model-based reinforcement learning in the human brain (2017)
  • Author(s): Takagi Y, Tanaka SC
  • Organizer: Naito Conference
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Common neural modes among various states are predictive of intelligence and life outcomes (2017)
  • Author(s): Takagi Y, Hirayama J, Tanaka SC
  • Organizer: 第1回ヒト脳イメージング研究会
• [Presentation] Altered Effects of Perspective on Functional Connectivity during Self and Other Evaluation in Autism (2016)
  • Author(s): Hashimoto, R., Itahashi, T., Ohta, H., Nakamura, M., Kanai, C., Iwanami, A., & Kato, N.
  • Organizer: The 22nd Annual Meeting of the organization on Human Brain Mapping
  • Place of Presentation: ジュネーヴ, スイス
  • Year and Date: 2016-06-30
  • Int'l Joint Research
• [Book] Behavioral Economics -Toward a New Economics by Integration with Traditional Economics (2017)
  • Author(s): Ogaki M, Tanaka SC
  • Total Pages: 211
  • Publisher: Springer
  • ISBN: 9789811064388
• [Remarks] A new window into psychosis
  • URL: https://www.u-tokyo.ac.jp/focus/en/press/z0508_00095.html
• [Remarks] 統合失調症治療薬（ドーパミンＤ２受容体阻害剤）や妄想症状の機構を解明
  • URL: https://www.jst.go.jp/pr/announce/20200319/
• [Remarks] researchmap
  • URL: https://researchmap.jp/shoyagishita/
• [Remarks] researchmap
  • URL: https://researchmap.jp/xsaori/
• [Funded Workshop] International Symposium “Personalized Value: Interdisciplinary Approach” (2019)
• [Funded Workshop] ATR BICR Seminar (TITLE: Integrating decision systems: how the brain solves difficult problems; Dr. Quentine Huys, Senior Research Fellow and Resident, University of Zurich) (2017)
• [Funded Workshop] ATR BICR Seminar (TITLE：Model-based control in dimensional psychiatry; by Valerie Voon, Medical Research Council Senior Clinical Fellow, University of Cambridge) (2017)