Neural bases of congruency-sequence effects on conflict costs

• Project Area: Correspondence and Fusion of Artificial Intelligence and Brain Science
• Project/Area Number: 16H06564
• 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: Institute of Physical and Chemical Research
• Principal Investigator: 田中 啓治 国立研究開発法人理化学研究所, 脳神経科学研究センター, チームリーダー (00221391)
• Project Period (FY): 2016-06-30 – 2021-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2020)
• Budget Amount: ¥76,180,000 (Direct Cost: ¥58,600,000、Indirect Cost: ¥17,580,000); Fiscal Year 2020: ¥16,640,000 (Direct Cost: ¥12,800,000、Indirect Cost: ¥3,840,000); Fiscal Year 2019: ¥16,640,000 (Direct Cost: ¥12,800,000、Indirect Cost: ¥3,840,000); Fiscal Year 2018: ¥16,640,000 (Direct Cost: ¥12,800,000、Indirect Cost: ¥3,840,000); Fiscal Year 2017: ¥16,640,000 (Direct Cost: ¥12,800,000、Indirect Cost: ¥3,840,000); Fiscal Year 2016: ¥9,620,000 (Direct Cost: ¥7,400,000、Indirect Cost: ¥2,220,000)
• Keywords: 認知機能 / 認知制御 / 前頭前野 / fMRI / 葛藤コスト / 前頭眼窩皮質 / 背外側前頭前野 / 多変量パターン解析 / フラットマップ / 作業セット / 慣性 / 反応時間 / 前頭眼窩野 / 磁化率アーチファクト / マルチバンド法 / スライス内高速化法 / 神経科学 / インプレーンアクセラレーション

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、ヒトの認知機能が環境に適応して動的に変化するメカニズムを研究している。例えば、色を表す単語の文字インク色を答えるストループ課題では、自然に起こる文字を読む反応が、課題で指示されたインク色を答える反応に干渉する。文字の色と単語の意味が一致しない不調和試行では調和試行に比べて反応時間が長い（競合コスト）。また、調和試行に続く試行に比べ、不調和試行に続く試行での競合コストは小さい（調和シーケンス効果）。従来は、調和シーケンス効果は、不調和試行での反応競合の経験の結果次試行では認知制御（インク色への集中）のレベルが上がるという競合モニター仮説により説明されてきた。本研究では、前試行で励起された反応セットの影響が次試行まで残るという受動的な過程を含めたより総合的な考えを提案しつつある。
令和１年度は、経頭蓋直流電気刺激による局所脳活性操作が調和シーケンス効果に与える影響を調べた。左右に並んだ5個の矢印を刺激とするフランカー課題を用いた。課題は中央の矢印の方向への反応を求めるが、これに左右の矢印が影響を与える。陰極刺激で持続的に外側前頭前野を抑制すると調和シーケンス効果が増加した。調和シーケンス効果の増加は調和試行に続く試行における競合コスト増加あるいは不調和試行後の試行における競合コスト減少で起こりうるが、外側前頭前野抑制の効果は調和試行後の試行における競合コスト増加で起こっていた。競合モニター仮説によれば、外側前頭前野の抑制は不調和試行に続く試行での競合コストを増大させるはずであるので、我々の結果は競合モニター仮説で説明できない。しかし、外側前頭前野の主要な働きがトップダウン的にタスクを維持することにあったと考えると説明できる。陰極刺激でこの働きが抑制されると、調和試行の間に周辺の矢印が反応を誘導する反応セットが自然に育ち、次試行における競合コスト増大になって現れる。

Current Status of Research Progress

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

Reason

プログラムは全体として順調に進んでいる。心理物理学的実験と高分解能fMRI実験の組み合わせによって、規則に従って複数の可能性の中から1つを選択する決定のメカニズムの解明を、特に以前の選択で用意された反応セットの影響に焦点を当てて、目指している。2016年度は、前試行で作成した反応セットが現試行の課題実行に大きな影響を与える色―方向反応パラダイムを作成した。2017年度は、このパラダイムでfMRI実験を行った。 2018年度は、新しい版のMVPAサーチライト法を用いて詳細な解析を行った。解析の結果は、前頭眼窩皮質が、前試行で引き起こされた反応セットの経験を次の試験での制御において処理する過程において重要な役割を果たすことを示しており、新しい認知制御の脳回路を示した。2019年度は、フランカー課題を用いて経頭蓋直流電気刺激による局所脳活性操作が調和シーケンス効果に与える影響を調べ、フランカー課題における外側前頭前野の主要な働きがトップダウン的にタスクを維持することにあることを示した。

Strategy for Future Research Activity

来年度は、fMRI実験の結果をさらに分析する。特に、視覚刺激や反応時間の違いを反映した反応パターン成分を除外することで、一致条件の識別に関連する脳活動をより正確に抽出する。

Research Products

• [Int'l Joint Research] 中国科学技術大学(中国)
• [Journal Article] 将棋騎士の直観 (2020)
  • Author(s): 田中啓治
  • Journal Title: Clinical Neuroscience Volume: 38 Pages: 165-168
• [Journal Article] Face representations via tensorfaces of various complexities (2019)
  • Author(s): Lehky SR, Phan AH, Cichocki A, Tanaka K
  • Journal Title: Neural Computation Volume: 32 Pages: 281-329
  • DOI: 10.1162/neco_a_01258
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] The role of primate prefrontal cortex in bias and shift between visual dimensions (2019)
  • Author(s): Mansouri FA, Buckley MJ, Fehring DJ, Tanaka K
  • Journal Title: Cerebral Cortex Volume: 30 Pages: 85-99
  • DOI: 10.1093/cercor/bhz072
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] 行動認知制御の神経科学：前頭前野内の機能分化 (2019)
  • Author(s): 田中啓治
  • Journal Title: BRAIN and NERVE Volume: 71 Issue: 12 Pages: 1357-1371
  • DOI: 10.11477/mf.1416201455
  • ISSN: 1344-8129, 1881-6096
• [Journal Article] Exploration of Human Visual Cortex Using High Spatial Resolution Functional Magnetic Resonance Imaging (2017)
  • Author(s): Cheng K
  • Journal Title: Neuroimage Volume: 印刷中 Pages: 4-9
  • DOI: 10.1016/j.neuroimage.2016.11.018
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The neural system of postdecision evaluation in rostral frontal cortex during problem-solving tasks. (2016)
  • Author(s): Wan X, Cheng K, Tanaka K.
  • Journal Title: eNeuro Volume: 3 Pages: 1-24
  • DOI: 10.1523/eneuro.0188-16.2016
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] eural representation for object recognition in inferotemporal cortex. (2016)
  • Author(s): Lehky SR, Tanaka K.
  • Journal Title: Current Opinion in Neurobiology Volume: 37 Pages: 23-35
  • DOI: 10.1016/j.conb.2015.12.001
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] Energization of cognitive modes by the medial prefrontal cortex (area 9m) in Wisconsin Card Sorting Test (WCST) (2018)
  • Author(s): Tanaka K
  • Organizer: Annual Science meeting of the ARC Center of Excellence for Integrative Brain Function
  • Invited
• [Presentation] Neural substrates of intuition in shogi and soccer experts (2018)
  • Author(s): Tanaka K
  • Organizer: Australasian Neuroscience Society 2018 Annual Scientific Meeting
  • Invited
• [Presentation] Category selectivity in the human face-selective cortex assessed with columnar resolution fMRI (2018)
  • Author(s): Tanskanen T, Kao CH, Waggoner RA, Ueno K, Tanaka K, Cheng K
  • Organizer: ISMRM Japanese Chapter 2nd Scientific Meeting, Wako
• [Presentation] Evaluation of motion effects on physiological noise correction in fMRI studies (2018)
  • Author(s): Suzuki C, Waggoner RA, Haruhana K, Tanaka K
  • Organizer: ISMRM Japanese Chapter 2nd Scientific Meeting, Wako
• [Presentation] Evaluation of combining method for RF array coil data in fMRI study (2018)
  • Author(s): Haruhana K, Suzuki C, Tanaka K, Ueno K
  • Organizer: ISMRM Japanese Chapter 2nd Scientific Meeting, Wako
• [Presentation] Simulations of various numerical leg models to ensure safety during parallel transmission MRI (2018)
  • Author(s): Gupta S, Tanaka K, Waggoner RA
  • Organizer: ISMRM Japanese Chapter 2nd Scientific Meeting, Wako
• [Presentation] Object recognition in inferotemporal cortex: from visual features to semantics (2017)
  • Author(s): Tanaka K
  • Organizer: 2017 Qufu Vision Science Conference, Qufu, China
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Object recognition in inferotemporal cortex: from visual features to semantics (2017)
  • Author(s): Tanaka K
  • Organizer: Asian-Pacific Conference on Vision, Tainan, Taiwan
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Variation of RF-induced temperature increase in a phantom: comparison of numerical simulations, MR thermometry and measurements from temperature sensors (2017)
  • Author(s): Gupta S, Waggoner RA, Tanaka K, Cheng K
  • Organizer: ISMRM 25TH Annual Meeting and Exhibition, Honolulu
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] High-Resolution fMRI of the visual system at 3T using Zoomed Excitation via Tx-SENSE (2017)
  • Author(s): Waggoner RA, Ueno K, Pfeuffer J, Tanaka K, Cheng K
  • Organizer: ISMRM 25TH Annual Meeting and Exhibition, Honolulu
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Reconstructing Perceived Faces from Human Brain Activity (2017)
  • Author(s): Lam AM, Tanskanen T, Kao CHT, Kuno Y, Tanaka K, Cheng K
  • Organizer: The 40th Annual Meeting of the Japan Neuroscience Society, Chiba
• [Presentation] ヒトfMRI撮像における被験者状態監視システムの構築 (2017)
  • Author(s): Haruhana K, Suzuki C, Tanaka K, Ueno K
  • Organizer: 第１回ヒト脳イメージング研究会, 町田
• [Presentation] ヒトfMRI研究のための被験者眼球運動計測システムの構築 (2017)
  • Author(s): Ueno K, Matsuda K, Haruhana K, Suzuki C, Tanaka K
  • Organizer: 第１回ヒト脳イメージング研究会, 町田
• [Presentation] Optimization of head motion parameter regression procedure in the data preprocessing for fMRI studies (2017)
  • Author(s): Ueno K, Suzuki C, Haruhana K, Tanaka K
  • Organizer: 第45回日本磁気共鳴医学会大会, 宇都宮
• [Presentation] RF-induced temperature increase in a phantom: comparison of numerical simulations, MR Thermometry and temperature sensor measurements (2017)
  • Author(s): Gupta S, Cheng K, Tanaka K, Waggoner RA
  • Organizer: 第45回日本磁気共鳴医学会大会, 宇都宮
• [Presentation] Serial autocorrelations and multiband fMRI (2016)
  • Author(s): Waggoner RA, Tanskanen T, Tanaka K, Cheng K
  • Organizer: 第44回日本磁気共鳴医学会大会
  • Place of Presentation: 大宮ソニックシティ、埼玉県さいたま市
  • Year and Date: 2016-09-10
• [Presentation] Effect of load size and load position on coupling between the elements of an array coil (2016)
  • Author(s): Gupta S, Waggoner RA, Tanaka K, Cheng K
  • Organizer: 第44回日本磁気共鳴医学会大会
  • Place of Presentation: 大宮ソニックシティ、埼玉県さいたま市
  • Year and Date: 2016-09-09
• [Presentation] Columnar organization of face orientation procession I human occipital face area (2016)
  • Author(s): Kao CH, Tanskanen T, Ueno K, Waggoner RA, Tanaka K, Cheng, K
  • Organizer: 第39回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜、神奈川県横浜市
  • Year and Date: 2016-07-22
• [Presentation] Columnar scale representation of faces in the human inferotemporal cortex (2016)
  • Author(s): Tanskanen T, Kao CH, Waggoner RA, Ueno K, Tanaka K, Cheng K
  • Organizer: 第39回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜、神奈川県横浜市
  • Year and Date: 2016-07-21