報酬と注意の情報処理に関与するドーパミン神経回路機構

• 研究領域: 人工知能と脳科学の対照と融合
• 研究課題/領域番号: 16H06567
• 研究種目: 新学術領域研究(研究領域提案型)
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 複合領域
• 研究機関: 筑波大学
• 研究代表者: 松本 正幸 筑波大学, 医学医療系, 教授 (50577864)
• 研究期間 (年度): 2016-06-30 – 2021-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2020年度)
• 配分額: 66,170千円 (直接経費: 50,900千円、間接経費: 15,270千円); 2020年度: 12,350千円 (直接経費: 9,500千円、間接経費: 2,850千円); 2019年度: 12,350千円 (直接経費: 9,500千円、間接経費: 2,850千円); 2018年度: 12,350千円 (直接経費: 9,500千円、間接経費: 2,850千円); 2017年度: 12,350千円 (直接経費: 9,500千円、間接経費: 2,850千円); 2016年度: 16,770千円 (直接経費: 12,900千円、間接経費: 3,870千円)
• キーワード: ドーパミンニューロン / 行動抑制 / 意思決定 / サル / 眼窩前頭皮質 / 腹側線条体 / 価値 / 光遺伝学 / 前頭眼窩野 / 側坐核

研究成果の概要

本研究では、salience（顕著性）に関わる情報が課題遂行に必要な“行動抑制課題”と、報酬価値に関わる情報が必要な“意思決定課題”をサルに訓練し、課題遂行中のドーパミンニューロンおよびその関連領域の神経活動記録と神経活動操作を実施して、行動抑制と意思決定を実現するドーパミン神経回路機構について解析した。行動抑制課題を用いた実験では、黒質－線条体ドーパミン神経路が行動抑制の実現に重要な役割を果たしていることを、意思決定課題を用いた研究では、ドーパミンニューロンが選択肢の価値情報から、どの選択肢を選ぶのかという選択指令への変換課程に関わっていることを明らかにした。

研究成果の学術的意義や社会的意義

ドーパミンニューロンは報酬情報を伝達する中枢として注目されてきた。一方、ドーパミン神経系の異常は、パーキンソン病やうつ病、統合失調症など、さまざまな神経疾患、精神疾患に深く関係し、報酬機能障害（意欲低下など）に限らず、運動機能障害や認知機能障害を引き起こす。本研究は、行動抑制や意思決定などの高次脳機能を実現するドーパミン神経回路機構を明らかにしたものであり、なぜドーパミン関連疾患で報酬機能以外の機能が障害されるのかを理解する上で重要な知見を与えている。この研究成果を基に、精神疾患のバイオマーカー探索や新たな治療法の開発が進むことが期待される。

研究成果

• [雑誌論文] Tonic firing mode of midbrain dopamine neurons continuously tracks reward values changing moment-by-moment (2021)
  • 著者名/発表者名: Wang Y, Toyoshima O, Kunimatsu J, Yamada H, Matsumoto M
  • 雑誌名: Elife 巻: 10
  • DOI: 10.7554/elife.63166
  • NAID: 120007190960
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Neural Population Dynamics Underlying Expected Value Computation (2021)
  • 著者名/発表者名: Yamada Hiroshi、Imaizumi Yuri、Matsumoto Masayuki
  • 雑誌名: The Journal of Neuroscience 巻: 41 号: 8 ページ: 1684-1698
  • DOI: 10.1523/jneurosci.1987-20.2020
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Signal dynamics of midbrain dopamine neurons during economic decision-making in monkeys (2020)
  • 著者名/発表者名: Yun M, Kawai T, Nejime M, Yamada H, Matsumoto M
  • 雑誌名: Science Advances 巻: 6 号: 27
  • DOI: 10.1126/sciadv.aba4962
  • NAID: 120007163349
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Preferential representation of past outcome information and future choice behavior by putative inhibitory interneurons rather than putative pyramidal neurons in the primate dorsal anterior cingulate cortex (2018)
  • 著者名/発表者名: Takashi Kawai, Hiroshi Yamada, Nobuya Sato, Masahiko Takada, Masayuki Matsumoto
  • 雑誌名: Cerebral Cortex 巻: 印刷中 号: 6 ページ: 2339-2352
  • DOI: 10.1093/cercor/bhy103
  • 査読あり
• [雑誌論文] Causal Role of Neural Signals Transmitted From the Frontal Eye Field to the Superior Colliculus in Saccade Generation (2018)
  • 著者名/発表者名: Matsumoto Masayuki、Inoue Ken-ichi、Takada Masahiko
  • 雑誌名: Frontiers in Neural Circuits 巻: 12 ページ: 69-69
  • DOI: 10.3389/fncir.2018.00069
  • NAID: 120006773079
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Primate Nigrostriatal Dopamine System Regulates Saccadic Response Inhibition (2018)
  • 著者名/発表者名: Ogasawara Takaya、Nejime Masafumi、Takada Masahiko、Matsumoto Masayuki
  • 雑誌名: Neuron 巻: 100 号: 6 ページ: 1513-1526.e4
  • DOI: 10.1016/j.neuron.2018.10.025
  • 査読あり
• [学会発表] Value and choice representations of the ventral striatum in monkeys performing an economic decision-making task (2020)
  • 著者名/発表者名: Masafumi Nejime, Mengxi Yun, Takashi Kawai, Hiroshi Yamada, Masayuki Matsumoto
  • 学会等名: 第43回日本神経科学大会
• [学会発表] Midbrain dopamine neurons monitor temporally changing reward values by gradually changing their activity (2020)
  • 著者名/発表者名: Yawei Wang, Osamu Toyoshima, Jun Kunimatsu, Hiroshi Yamada, Masayuki Matsumoto
  • 学会等名: 第43回日本神経科学大会
• [学会発表] Dynamics of dopamine neuron activity represents value-to-choice transformation in monkeys performing an economic decision-making task (2019)
  • 著者名/発表者名: Masayuki Matsumoto
  • 学会等名: International Symposium on Biology of Decision Making
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Value-to-choice signal transformation in midbrain dopamine neurons and orbitofrontal neurons during economic decision-making in monkeys (2019)
  • 著者名/発表者名: Masayuki Matsumoto
  • 学会等名: Meeting on Orbitofrontal Cortex Function
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Signal dynamics of midbrain dopamine neurons and orbitofrontal cortex neurons corresponding to value-to-choice transformation during economic decision-making in monkeys (2019)
  • 著者名/発表者名: Mengxi Yun, Takashi Kawai, Masafumi Nejime, Hiroshi Yamada, Masayuki Matsumoto
  • 学会等名: 日本神経科学学会
• [学会発表] Signal dynamics corresponding to value-to-choice transformation in midbrain dopamine neurons and orbitofrontal neurons during economic decision-making in monkeys (2019)
  • 著者名/発表者名: Mengxi Yun, Takashi Kawai, Masafumi Nejime, Hiroshi Yamada, Masayuki Matsumoto
  • 学会等名: Society for Neuroscience
  • 国際学会
• [学会発表] The diversity of dopamine signals in macaque monkeys (2019)
  • 著者名/発表者名: Masayuki Matsumoto
  • 学会等名: German Physiological Society
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 意思決定時におけるサル中脳ドーパミンニューロンと前頭眼窩ニューロンの報酬価値と選択行動の表現形式 (2018)
  • 著者名/発表者名: 惲夢曦、川合隆嗣、禰占雅史、山田洋、松本正幸
  • 学会等名: 第４１回日本神経科学大会
• [学会発表] ダイナミックに変動する報酬価値をコードする線条体ニューロンの探索 (2018)
  • 著者名/発表者名: 豊島理、王亜偉、山田洋、松本正幸
  • 学会等名: 第４１回日本神経科学大会
• [学会発表] Dynamics of neuronal signals in primate midbrain dopamine neurons and orbitofrontal cortex neurons during value-to-decision transformation (2018)
  • 著者名/発表者名: Mengxi Yun、Takashi Kawai、Masafumi Nejime、Hiroshi Yamada、Masayuki Matsumoto
  • 学会等名: Society for Neuroscience
  • 国際学会
• [学会発表] Role of the nigrostriatal dopamine system in response inhibition (2018)
  • 著者名/発表者名: Masayuki Matsumoto
  • 学会等名: 日本生理学会
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Primate dopamine neurons in the substantia nigra transmit a stop signal to the caudate nucleus during the performance of a saccadic countermanding task (2017)
  • 著者名/発表者名: Takaya Ogasawara, Masahiko Takada, Masayuki Matsumoto
  • 学会等名: 日本神経科学大会
  • 国際学会
• [学会発表] The nigrostriatal dopamine pathway transmits a stop signal during the performance of a saccadic countermanding task in monkeys (2017)
  • 著者名/発表者名: Takaya Ogasawara, Masahiko Takada, Masayuki Matsumoto
  • 学会等名: Society for Neuroscience
  • 国際学会
• [学会発表] Nigrostriatal dopamine signals regulate response inhibition (2017)
  • 著者名/発表者名: Masayuki Matsumoto
  • 学会等名: 日本神経科学大会
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 黒質－線条体ドーパミン神経路が行動抑制に果たす役割 (2017)
  • 著者名/発表者名: 松本正幸
  • 学会等名: 日本生物学的精神医学会
  • 招待講演
• [備考] 筑波大学医学医療系生命医科学域認知行動神経科学研究室
  • URL: http://www.md.tsukuba.ac.jp/basic-med/cog-neurosci/index.html
• [備考] 筑波大学医学医療系認知行動神経科学研究室
  • URL: http://www.md.tsukuba.ac.jp/basic-med/cog-neurosci/index.html
• [備考] 筑波大学医学医療系認知行動神経科学
  • URL: http://www.md.tsukuba.ac.jp/basic-med/cog-neurosci/index.html