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Elucidation of the neural mechanism for Shitsukan-value translations

Planned Research

Project AreaAnalysis and synthesis of deep SHITSUKAN information in the real world
Project/Area Number 20H05955
Research Category

Grant-in-Aid for Transformative Research Areas (A)

Allocation TypeSingle-year Grants
Review Section Transformative Research Areas, Section (IV)
Research InstitutionNational Institutes for Quantum Science and Technology

Principal Investigator

南本 敬史  国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 量子医科学研究所 脳機能イメージング研究部, 上席研究員 (50506813)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 小松 英彦  玉川大学, 脳科学研究所, 研究員 (00153669)
網田 英敏  京都大学, 霊長類研究所, 特定助教 (80845321)
Project Period (FY) 2020-11-19 – 2025-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help
¥134,030,000 (Direct Cost: ¥103,100,000、Indirect Cost: ¥30,930,000)
Fiscal Year 2022: ¥22,100,000 (Direct Cost: ¥17,000,000、Indirect Cost: ¥5,100,000)
Fiscal Year 2021: ¥20,930,000 (Direct Cost: ¥16,100,000、Indirect Cost: ¥4,830,000)
Fiscal Year 2020: ¥46,800,000 (Direct Cost: ¥36,000,000、Indirect Cost: ¥10,800,000)
Keywords質感 / 価値 / 好み / サル / 神経活動操作技術
Outline of Research at the Start

私たちは多様な感覚情報を評価するにあたって、生物的な欲求、学習・経験、環境、文脈、感情などによる影響をうける。本研究は、この深奥質感認知のコアをなす生態学的価値計算とその変調の仕組みの理解を目指す。そのために高次感覚野と複数の価値変調システムと相互作用による生態学的価値計算処理について、質感や価値に関する神経情報の計測や解読に加え、神経活動を制御することで脳情報処理の相関・因果をあわせて解析する。

Outline of Annual Research Achievements

(1)価値システムと高次感覚野との相互作用による質感-価値変換の並列処理機構の解明について、マカクザルを対象として、生物学的価値システムである扁桃体を化学遺伝学的に賦活し、顔とその表情など社会的価値についての神経表現の変容と瞳孔との関係について解析を進めた。さらに、サルに情動性聴覚刺激を提示した際の脳活動をfMRIで計測するとともに、価値システムの一つである前頭眼窩皮質を化学遺伝学で抑制操作した際のネットワークレベルの活動変化の計測を開始した。またサルの下側頭皮質と第一次視覚野からニューロン活動を記録し、物体形成過程との関係を解析した。(2)価値システム間をつなぐ神経ネットワークとモノアミン系の作動による価値統合・変調処理の解明については、ドーパミンシステムによる視覚価値の基づく行動決定において、D1D2の2種類の受容体を介したドーパミン伝達が異なる役割を担うことを解明し、論文で発表した。またセロトニン神経特異的に正中縫線核、背側縫線核のそれぞれに抑制性DREADDを導入しPETで発現を確認した2頭のサルに視覚刺激に基づく価値判断課題を実施し、行動変容の解析を開始した。ドーパミン蛍光センサーを発現させるためのウイルスベクターをサル線条体に注入し、ファイバーフォトメトリー法を用いた蛍光ドーパミンイメージングに世界に先駆けて成功した。これによりドーパミンが報酬予測誤差だけでなく、感覚予測誤差を伝達していることを示唆するデータを得た。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

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

Reason

価値システムの操作介入や高次感覚皮質からの神経活動記録解析が予定通り進捗している。また、旧領域から継続・発展させた複数の研究を論文成果として発表できた。加えて、新規開発技術が期待どおりに作動しており、研究が進展している。

Strategy for Future Research Activity

領域内の研究者、特にコンピュータビジョン、ヴァーチャルリアリティー分野の研究者と連携して、最新の工学技術を神経科学研究に取り入れることで、質感と脳内価値情報との関連について解析する方向性を模索する。

Report

(2 results)
  • 2021 Annual Research Report
  • 2020 Annual Research Report

Research Products

(19 results)

All 2022 2021 2020 Other

All Int'l Joint Research (2 results) Journal Article (5 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Peer Reviewed: 5 results,  Open Access: 5 results) Presentation (10 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results,  Invited: 10 results) Remarks (2 results)

  • [Int'l Joint Research] ICM/CNRS(フランス)

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Int'l Joint Research] NIH(米国)

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Journal Article] Chemogenetic sensory fMRI reveals behaviorally-relevant bidirectional changes in primate somatosensory network.2021

    • Author(s)
      Hirabayashi T, Nagai Y, Hori Y, Inoue KI, Aoki I, Takada M, Suhara T, Higuchi M, Minamimoto T.
    • Journal Title

      Neuron

      Volume: 109 Pages: 3312-3322

    • DOI

      10.1016/j.neuron.2021.08.032

    • NAID

      120007166034

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Single caudate neurons encode temporally discounted value for formulating motivation for action.2021

    • Author(s)
      Hori Y, Mimura K, Nagai Y, Fujimoto A, Oyama K, Kikuchi E, Inoue KI, Takada M, Suhara T, Richmond BJ, Minamimoto T.
    • Journal Title

      eLife

      Volume: 10 Pages: 61248-61248

    • DOI

      10.7554/elife.61248

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] D1- and D2-like receptors differentially mediate the effects of dopaminergic transmission on cost-benefit evaluation and motivation in monkeys2021

    • Author(s)
      Hori Yukiko、Nagai Yuji、Mimura Koki、Suhara Tetsuya、Higuchi Makoto、Bouret Sebastien、Minamimoto Takafumi
    • Journal Title

      PLOS Biology

      Volume: 19 Pages: 3001055-3001055

    • DOI

      10.1371/journal.pbio.3001055

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Structure and function of neural circuit related to gloss perception in the macaque inferior temporal cortex: a case report2021

    • Author(s)
      Komatsu Hidehiko、Nishio Akiko、Ichinohe Noritaka、Goda Naokazu
    • Journal Title

      Brain Struct Funct.

      Volume: 226 Pages: 3023-3030

    • DOI

      10.1007/s00429-021-02324-6

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Relationship between the activities of gloss-selective neurons in the macaque inferior temporal cortex and the gloss discrimination behavior of the monkey2021

    • Author(s)
      Baba M, Nishio A, Komatsu H
    • Journal Title

      Cerebral Cortex Communications

      Volume: 2 Pages: 1-13

    • DOI

      10.1093/texcom/tgab011

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] 化学遺伝学とイメージングの融合によるサル脳回路の可視化と機能理解2022

    • Author(s)
      南本 敬史
    • Organizer
      京都大学霊長類研究所共同利用研究会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] Visualizing and manipulating primate brain circuits with DREADDs2022

    • Author(s)
      Minamimoto T.
    • Organizer
      7th CiNet Conference
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] ドーパミン伝達による意欲調節機構サル分子イメージングと行動薬理を用いた解析2021

    • Author(s)
      南本 敬史
    • Organizer
      大阪大学蛋白質研究所セミナー「多様なドーパミン神経伝達から 脳を探る」大阪大学 蛋白質研究所
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] Neural mechanism for valuation and motivation in health and disease2021

    • Author(s)
      Minamimoto T, Hori Y, Oyama K
    • Organizer
      第44回日本神経科学大会, 神戸
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Interrogation of monkey brain circuits with imaging-guided chemogenetics2021

    • Author(s)
      Minamimoto T
    • Organizer
      ASPET 2021, American Society for Pharmacology and Experimental Therapeutics
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] The role of perineuronal nets in the substantia nigra pars lateralis in object skill learning2021

    • Author(s)
      Amita H., Takayasu T., Yan G., Hikosaka O., Takada M.
    • Organizer
      第44回日本神経科学大会/CJK 第1回国際会議
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Neural mechanisms of motivational control based on cost-benefit comparison in monkey2020

    • Author(s)
      南本 敬史
    • Organizer
      第98回日本生理学会大会シンポジウム
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] Dopamine, Serotonin, and Motivation2020

    • Author(s)
      南本 敬史
    • Organizer
      京都大学霊長類研究所 共同利用研究会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] The role of the substantia nigra pars lateralis in object skill learning2020

    • Author(s)
      網田 英敏
    • Organizer
      第10回 生理研―霊長研―新潟脳研 合同シンポジウム
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 質感知覚の神経機構を探る2020

    • Author(s)
      小松 英彦
    • Organizer
      電子情報通信学会NC研究会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Invited
  • [Remarks] 量子科学技術研究開発機構 システム神経回路研究グループ

    • URL

      https://www.nirs.qst.go.jp/seika/brain/team/system_09.html

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Remarks] 深奥質感領域HP

    • URL

      https://shitsukan.jp/deep/

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      2021 Annual Research Report

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Published: 2020-11-24   Modified: 2022-12-28  

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