| Project Area | Frontiers in brain and life sciences on active information gain in an uncertain environment |
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| Project/Area Number |
21H05168
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Transformative Research Areas (B)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Review Section |
Transformative Research Areas, Section (IV)
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
小坂田 文隆 名古屋大学, 創薬科学研究科, 准教授 (60455334)
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| Project Period (FY) |
2021-08-23 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥48,620,000 (Direct Cost: ¥37,400,000、Indirect Cost: ¥11,220,000)
Fiscal Year 2023: ¥15,470,000 (Direct Cost: ¥11,900,000、Indirect Cost: ¥3,570,000)
Fiscal Year 2022: ¥14,950,000 (Direct Cost: ¥11,500,000、Indirect Cost: ¥3,450,000)
Fiscal Year 2021: ¥18,200,000 (Direct Cost: ¥14,000,000、Indirect Cost: ¥4,200,000)
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| Keywords | 自由エネルギー原理 / 予測符号化 / VR / 階層性 / 細胞 / 視覚運動誤差 / バーチャルリアリティー / 予測誤差 / AAV / wide-field imaging / 高次視覚野 / 全脳イメージング / バーチャル・リアリティー |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では「視覚と運動の情報はどのような神経回路により統合され、行動を正しく導くのか？」を明らかにする。同問題を計算論的に理解する枠組みとして「予測符号化」を自由エネルギー原理の立場から理解し、Virtual Reality内のマウスに独自開発したウイルス遺伝子工学と光学的手法を適用することで、予測と実際の感覚入力とのずれである「予測誤差」の脳内表現、「予測誤差ニューロン」の同定、その回路構造および情報処理機構を理解し、実際の神経回路における予測符号化の生物学的基盤を明らかにする。
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| Outline of Annual Research Achievements |
我々動物は、自身の運動・記憶・経験といった内的な情報を利用し、脳内で外部環境を予測している。その予測と、感覚器から受け取った外部環境からの入力を比較し、予測との誤差を修正することによって外部環境を知覚していると考えられている。本研究では「視覚と運動の情報はどのような神経回路により統合され、行動を正しく導くのか？」を予測符号化の観点から理解することを目的とする。バーチャルリアリティー（VR）では、マウスの運動と視覚的フィードバックの対応関係を任意に統制できるため、視覚と運動のずれを任意に作ることできる。まず視覚・運動情報の統合を担う脳領域を大域的に探索する目的で、Wide-field imagingの系を構築した。血液脳関門通過型カプシドのPHP.eBを用いたアデノ随伴ウイルスベクターにより、大脳皮質全域の興奮性神経細胞にカルシウム感受性緑色蛍光タンパク質であるjGCaMP7fを導入した。同時に、DeepLabCutを用いてマウスの瞳孔および眼球運動を計測・解析した。以上を組み合わせて、VR環境下でマウス背側大脳皮質から広域Ca2+イメージングを行った。VR環境下でマウスの走行に対応した視覚フィードバックを与え、その際にどの脳領域が活動するかを解析した。脳領野はAllen Common Coordinate Framework (ACCF)に従って同定した。VR中で頭部固定したマウスからのイメージングの結果、視覚と運動のミスマッチを提示直後に背側高次視覚野の複数の領野が強く活動することを見出した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
VRおよびwide-field imagingの構築、さらには全脳感染型AAVによりカルシウム感受性蛍光タンパク質の導入に成功し、安定してデータを取得できる実験系を構築できた。さらにこの実験系を用いて、視覚運動ミスマッチに対する応答を見出すことができた。以上より、プロジェクトは順調に進んでいると判断でき、今後はより詳細な解析を行う予定である。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は得られたデータを基に、シグナルの流れを階層性に着目して解析する。さらに得られた神経応答が予測・予測誤差を反映しているかを検証する。
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Report
(1 results)
Research Products
(23 results)
