巧みな予測性眼球運動を実現する意思決定の神経機構解明

• Project/Area Number: 22KJ1787
• Project/Area Number (Other): 22J01543 (2022)
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Multi-year Fund (2023); Single-year Grants (2022)
• Section: 国内
• Review Section: Basic Section 59030:Physical education, and physical and health education-related
• Research Institution: Nagoya University (2024); Kyoto University (2022-2023)
• Principal Investigator: 宮本 健史 名古屋大学, 情報学研究科, 助教
• Project Period (FY): 2023-03-08 – 2025-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2024)
• Budget Amount: ¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000); Fiscal Year 2024: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2023: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2022: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
• Keywords: 意思決定 / 予測的運動制御 / 神経デコーダ / 次元削減 / 経済的意思決定 / 報酬 / リスク / リターン / 光遺伝学 / マカクサル / デコーディング / 皮質脳波

Outline of Research at the Start

本研究では，感覚入力に先行する予測的眼球運動を制御する意思決定機構の解明に取り組む。具体的には，非ヒト科霊長類であるマカクサルに心理物理学手法，電気生理学手法，計算論的手法，および光遺伝学手法を適用し，過去の感覚的証拠の蓄積による予測の生成，報酬関連情報との統合，および運動指令への変換に関わる神経機構の解明を目指す。

Outline of Annual Research Achievements

柔軟な意思決定に係る脳内メカニズムの解明に向け，主に2つの実験を行った．
2022,2023年度は，複数の意思決定パラメータを持つターゲットの脳内表現の解明とそれらを用いた意思決定の解読に取り組んだ．具体的には，さまざまな報酬確率と期待値との組み合わせから成るターゲットを用いた報酬依存的意思決定課題中のマカクサルの外側前頭領域に皮質脳波電極を留置し，記録した脳活動データからサルの意思決定のデコーディングを試みた．加えて，上記の報酬依存的意思決定を支える神経回路を特定するため，光遺伝学手法を用いて腹側被蓋野－前頭皮質回路を選択的に活性化し，観察されたサルの意思決定における嗜好性が外側前頭領域の脳波活動から解読可能かを検証した．一連の実験により，光刺激による経路特異的なリスク嗜好性の変化を行動データから捉えることに加え，その変化が神経集団活動の次元削減＋デコーディング解析により再現できることを確認した．上記の成果は，2024年1月にScience誌に掲載された．
2024年度は，ヒトを対象に予測的眼球運動の制御における意思決定を評価した．予測の確信度と眼球運動の促進を独立して制御可能な実験手法の構築により，予測的眼球運動の振幅が意思決定の結果そのものではなく，意思決定の確信度と相関することを示した．さらにこの予測的眼球運動の制御が後続する上肢の運動を促進することを明らかにした．これらの成果は，2025年2月にiScience誌に掲載された．

Research Products

• [Journal Article] Reduced latency in manual interception with anticipatory smooth eye movements (2025)
  • Author(s): Miyamoto Takeshi、Numasawa Kosuke、Hirano Riku、Yoshimura Yusei、Ono Seiji
  • Journal Title: iScience Volume: 28 Issue: 2 Pages: 111849-111849
  • DOI: 10.1016/j.isci.2025.111849
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Balancing risk-return decisions by manipulating the mesofrontal circuits in primates (2024)
  • Author(s): Sasaki R., Ohta Y., Onoe H., Yamaguchi R., Miyamoto T., Tokuda T., Tamaki Y., Isa K., Takahashi J., Kobayashi K., Ohta J., Isa T.
  • Journal Title: Science Volume: 383 Issue: 6678 Pages: 55-61
  • DOI: 10.1126/science.adj6645
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Presentation] 視覚運動反応時間と始動局面のsmooth pursuit応答との共通性 (2024)
  • Author(s): 宮本健史, 小野誠司
  • Organizer: 日本認知科学会 第41回大会
• [Presentation] 網膜速度誤差を用いた物体速度知覚の予測 (2024)
  • Author(s): 宮本健史, 沼澤孝輔, 小野誠司
  • Organizer: 第28回バイオメカニズム・シンポジウム
• [Presentation] Dynamic readout of multiscale reward variables from low-dimensional neural oscillation in frontal cortex during risk-return decision-making (2023)
  • Author(s): Miyamoto T., Isa T., Sasaki R.
  • Organizer: 第46回日本神経科学学会
• [Presentation] Decoding oscillatory power signals during risk-return decision-making in the prefrontal and premotor cortices (2023)
  • Author(s): 宮本健史, 山口玲欧奈, 尾上浩隆, 伊佐正, 佐々木亮
  • Organizer: 日本生理学会第100回記念大会
• [Presentation] リスク/リターンのバランスに基づく意思決定に関与する前頭皮質神経振動の解読 (2022)
  • Author(s): 宮本健史, 山口玲欧奈, 尾上浩隆, 伊佐正, 佐々木亮
  • Organizer: 第114回近畿生理学談話会