Neural information dynamics in the cerebral cortex and subcortical regions in human decision-making

• Project Area: Brain information dynamics underlying multi-area interconnectivity and parallel processing
• Project/Area Number: 17H06314
• 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: National Institute of Information and Communications Technology
• Principal Investigator: 春野 雅彦 国立研究開発法人情報通信研究機構, 脳情報通信融合研究センター脳情報工学研究室, 研究マネージャー (40395124)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 吉田 和子 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, 主任研究員 (30379599) ; 田村 弘 大阪大学, 生命機能研究科, 准教授 (80304038)
• Project Period (FY): 2017-06-30 – 2022-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2020)
• Budget Amount: ¥124,280,000 (Direct Cost: ¥95,600,000、Indirect Cost: ¥28,680,000); Fiscal Year 2021: ¥25,740,000 (Direct Cost: ¥19,800,000、Indirect Cost: ¥5,940,000); Fiscal Year 2020: ¥25,740,000 (Direct Cost: ¥19,800,000、Indirect Cost: ¥5,940,000); Fiscal Year 2019: ¥25,740,000 (Direct Cost: ¥19,800,000、Indirect Cost: ¥5,940,000); Fiscal Year 2018: ¥25,740,000 (Direct Cost: ¥19,800,000、Indirect Cost: ¥5,940,000); Fiscal Year 2017: ¥21,320,000 (Direct Cost: ¥16,400,000、Indirect Cost: ¥4,920,000)
• Keywords: 脳情報 / 計算理論 / 7テスラfMRI / ダイナミックス / 7テスラMRI

Outline of Annual Research Achievements

脳情報動態の観点から社会的意思決定の脳計算メカニズムを理解するためには選択された行動を説明するだけでは十分ではなく、その意思決定に掛かった時間のばらつきを説明できる必要がある。そこで、2019年度は、信頼ゲーム、最終提案ゲームを対象として、Drift Diffusion　Modelの拡張により、不平等回避、罪悪感回避の中でも直感的なもの、熟慮的なものを行動と反応時間からモデルにより自動的に推定することを試みた。その結果、協力/非協力、受理/拒否といった行動選択はほぼdrft項のパラメータのみで説明できるのに対し、試行ごとの反応時間のばらつきはbias項のパラメータを用いなければ説明出来ないことが明らかになた。特に、意思決定の微妙な条件に対しても素早く反応する時にbias項の情報が重要な働きをすることが分かった。このモデルで推定した動的パラメータを3TTfMRIデータの解析に適用すると扁桃体-側坐核の経路の関与が示唆された。

Current Status of Research Progress

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

Reason

2019年度は2018年度までの基本的なvalue-based decisionの枠組みを超えて、各試行の反応時間のばらつきという脳情報動態にとって本質的な現象を説明する計算モデルを構築し、その脳内メカニズムをmodel-based fMRIにより明らかにすることに成功した。　また、研究協力者である大阪大学の田村と榎本が準備をしている霊長類実験においても同じ枠組みを用いてより詳細な神経回路基盤を特定する準備が進んでいる。レイヤーの情報処理については、7T fMRIのSN比の問題で2019年度に大きな進展を得るには至らなった。

Strategy for Future Research Activity

今後は、各試行の反応時間のばらつきを生む脳の計算モデルをより精緻化し、ヒトとマカクザルの研究をパラレルに推進するとともに7T fMRIをVASOシーケンスを用いて撮像することで、特にdrift項に対応する計算プロセスにおいて帯状回と背外側前頭前野の各レイヤーが果たす機能を明らかにする予定である。

Research Products

• [Journal Article] Value computations underlying human proposer behavior in the ultimatum game. (2020)
  • Author(s): Pulcu Erdem、Haruno Masahiko
  • Journal Title: Journal of Experimental Psychology: General Volume: 149 Pages: 125-137
  • DOI: 10.1037/xge0000621
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Computing Social Value Conversion in the Human Brain (2019)
  • Author(s): Fukuda Haruaki、Ma Ning、Suzuki Shinsuke、Harasawa Norihiro、Ueno Kenichi、Gardner Justin L.、Ichinohe Noritaka、Haruno Masahiko、Cheng Kang、Nakahara Hiroyuki
  • Journal Title: The Journal of Neuroscience Volume: 39 Pages: 5153-5172
  • DOI: 10.1523/jneurosci.3117-18.2019
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Activity in the dorsal ACC causes deterioration of sequential motor performance due to anxiety (2019)
  • Author(s): Ganesh Gowrishankar、Minamoto Takehiro、Haruno Masahiko
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 10 Pages: 4287-4287
  • DOI: 10.1038/s41467-019-12205-6
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Interactive effects of OXTR and GAD1 on envy-associated behaviors and neural responses (2019)
  • Author(s): Tanaka Toshiko、Nishimura Fumichika、Kakiuchi Chihiro、Kasai Kiyoto、Kimura Minoru、Haruno Masahiko
  • Journal Title: PLOS ONE Volume: 14 Pages: 0210493-0210493
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0210493
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Behavioral and functional connectivity basis for peer-influenced bystander participation in bullying (2018)
  • Author(s): Takami Kyosuke、Haruno Masahiko
  • Journal Title: Social Cognitive and Affective Neuroscience Volume: 14 Pages: 23-33
  • DOI: 10.1093/scan/nsy109
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Brain response patterns to economic inequity predict present and future depression indices (2017)
  • Author(s): Toshiko Tanaka, Takao Yamamoto, Masahiko Haruno
  • Journal Title: Nature Human Behaviour Volume: 1 Pages: 748-756
  • DOI: 10.1038/s41562-017-0207-1
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Activity in the dorsal ACC causes deterioration of sequential motor performance due to anxiety (2019)
  • Author(s): 春野雅彦
  • Organizer: Events _ Max Planck Institute for Biological Cybernetics Tübing
  • Invited
• [Presentation] Activity in the dorsal ACC causes motor performance deterioration due to anxiety (2018)
  • Author(s): 春野雅彦
  • Organizer: Experimental Psychology Seminar
  • Invited
• [Presentation] Amygdala and dorsolateral prefrontal cortex in human prosocial behavior (2018)
  • Author(s): 春野雅彦
  • Organizer: International symposium on Brain Information Dynamics 2018
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] ヒトの向社会性を実現する大脳皮質と皮質下領域のインタラクション (2017)
  • Author(s): 春野雅彦
  • Organizer: 次世代脳プロジェクト冬のシンポジウム2017
  • Invited
• [Remarks] 脳情報と社会行動研究グループ（春野グループ）
  • URL: http://www2.nict.go.jp/bnc/haruno/website/jp/index.html
• [Patent(Industrial Property Rights)] 脳活動刺激システム、および脳活動刺激装置 (2019)
  • Inventor(s): 春野雅彦
  • Industrial Property Rights Holder: 春野雅彦
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Industrial Property Number: 2019-169022
  • Filing Date: 2019