前頭前野における情報の抽象化と演繹的情報創生の神経メカニズムの研究

• 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: 16H06571
• 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: 玉川大学
• 研究代表者: 坂上 雅道 玉川大学, 脳科学研究所, 教授 (10225782)
• 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: 95,680千円 (直接経費: 73,600千円、間接経費: 22,080千円); 2020年度: 14,040千円 (直接経費: 10,800千円、間接経費: 3,240千円); 2019年度: 14,950千円 (直接経費: 11,500千円、間接経費: 3,450千円); 2018年度: 14,950千円 (直接経費: 11,500千円、間接経費: 3,450千円); 2017年度: 14,950千円 (直接経費: 11,500千円、間接経費: 3,450千円); 2016年度: 36,790千円 (直接経費: 28,300千円、間接経費: 8,490千円)
• キーワード: 前頭前野 / カテゴリー / 抽象化 / 推論 / 演繹 / カルシウムイメージング / DREADD / ニホンザル / 大脳基底核 / カテゴリー推論 / ユタアレー / マカクザル / ユタアレイ / 前頭前野外側部 / 大脳基底核線条体 / ユタアレー電極 / GCaMP / モデルベース / モデルフリー / サル / ウイルスベクター / ファイバーマイクロスコピー / デコーディング / AI / ウイ / 神経科学 / 認知科学 / 人工知能

研究成果の概要

報酬量推論課題を使い、サル前頭前野ニューロンの活動解析を行い、前頭前野ニューロンは刺激をカテゴリー化してコードすることにより、各刺激のカテゴリー的な意味を演繹的に敷衍していることを明らかにした。また、脳機能の新しい実験法を確立するために、DREADDを使った前頭前野->大脳基底核経路の選択的機能遮断法、大脳皮質のin vivoカルシウムイメージング法の開発を行い、ともにニホンザルへの適用に成功した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

ヒトが新しい情報を創造する神経メカニズムはまだ良くわかっていない。このメカニズムを明らかにすることは、AIやロボットに創造させることを可能にする。我々は、サルを使って、前頭前野ニューロンが情報の抽象化を行っており、それによって演繹的な推論が可能になっていることを突き止めた。このことは、AIやITへの応用が考えられるだけでなく、精神疾患や認知症のメカニズムの理解にも貢献すると期待できる。

研究成果

• [雑誌論文] The cost of obtaining rewards enhances the reward prediction error signal of midbrain dopamine neurons (2019)
  • 著者名/発表者名: Tanaka Shingo、O’Doherty John P.、Sakagami Masamichi
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 10 号: 1 ページ: 3674-3674
  • DOI: 10.1038/s41467-019-11334-2
  • NAID: 40022526577
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Association of the oxytocin receptor gene with attitudinal trust in men: role of the amygdala volume. (2018)
  • 著者名/発表者名: Nishina K, Takagishi H, Fermin ASR, Inoue-Murayama M, Takahashi H, Sakagami M, Yamagishi T
  • 雑誌名: Social Cognitive and Affective Neuroscience 巻: 13 ページ: 1091-1097
  • DOI: 10.1093/scan/nsy075
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Differences in reward processing between putative cell types in primate prefrontal cortex (2017)
  • 著者名/発表者名: Fan H, Pan X, Wang R, Sakagami M
  • 雑誌名: PLoS ONE 巻: 12 号: 12 ページ: e0189771-e0189771
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0189771
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Behavioural Differences and Neural Substrates of Altruistic and Spiteful Punishment (2017)
  • 著者名/発表者名: Toshio Yamagishi, Yang Li, Alan S. R. Fermin, Ryota Kanai, Haruto Takagishi, Yoshie Matsumoto, Toko Kiyonari & Masamichi Sakagami
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 7 号: 1
  • DOI: 10.1038/s41598-017-15188-w
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Response time in economic games reflects different types of decision conflict for prosocial and proself individuals (2017)
  • 著者名/発表者名: Yamagishi T, Matsumoto Y, Kiyonari T, Takagishi H, Li Y, Kanai R, Sakagami M
  • 雑誌名: Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 巻: 114(24) 号: 24 ページ: 6394-6399
  • DOI: 10.1073/pnas.1608877114
  • NAID: 40021890559
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Reward information encoded by power of local field potentials in the primate prefrontal Cortex and striatum (2017)
  • 著者名/発表者名: Chen YY, Pan XC, Wang RB, Sakagami M
  • 雑誌名: Sheng Li Xue Bao 巻: 69 ページ: 385-396
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Midbrain Dopamine Neurons Signal Belief in Choice Accuracy during a Perceptual Decision (2017)
  • 著者名/発表者名: Lak A, Nomoto K, Keramati M, Sakagami M, Kepecs A
  • 雑誌名: Current biology 巻: 27（6） 号: 6 ページ: 821-832
  • DOI: 10.1016/j.cub.2017.02.026
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] 増大特集 連合野ハンドブック 前頭連合野の認知機能-推移的推論と前頭前野外側部 (2016)
  • 著者名/発表者名: Tanaka S, Oguchi M, Sakagami M.
  • 雑誌名: BRAIN and NERVE 巻: 68 号: 11 ページ: 1263-1270
  • DOI: 10.11477/mf.1416200590
  • ISSN: 1344-8129, 1881-6096
  • 年月日: 2016-11-01
  • 査読あり
• [雑誌論文] Characteristics of fast-spiking neurons in the striatum of behaving monkeys. (2016)
  • 著者名/発表者名: Yamada H, Inokawa H, Hori Y, Pan X, Matsuzaki R, Nakamura K, Samejima K, Shidara M, Kimura M, Sakagami M, Minamimoto T.
  • 雑誌名: Neurosci Res. 巻: 105 ページ: 2-18
  • DOI: 10.1016/j.neures.2015.10.003
  • NAID: 120007135484
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Functional connectivity between prefrontal cortex and striatum estimated by phase locking value (2016)
  • 著者名/発表者名: Zhang Y, Pan X, Wang R, Sakagami M
  • 雑誌名: Cognitive neurodynamics 巻: 10（3） 号: 3 ページ: 245-254
  • DOI: 10.1007/s11571-016-9376-2
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Rawlsian maximin rule operates as a common cognitive anchor in distributive justice and risky decisions (2016)
  • 著者名/発表者名: Kameda T, Inukai K, Higuchi S, Ogawa A, Kim H, Matsuda T, Sakagami M
  • 雑誌名: Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 巻: 113（42） 号: 42 ページ: 11817-11822
  • DOI: 10.1073/pnas.1602641113
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Reward value enhances post-decision error-related activity in the cingulate cortex (2015)
  • 著者名/発表者名: Taylor JE, Ogawa A, Sakagami M.
  • 雑誌名: Neuroscience Research 巻: 印刷中 ページ: 38-46
  • DOI: 10.1016/j.neures.2015.12.009
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] Endomicroscopic Calcium Imaging from the Macaque Primary Visual Cortex (2020)
  • 著者名/発表者名: Mineki Oguchi, Jiang Jiasen, Toshihide W Yoshioka, Yasuhiro Tanaka, Kenichi Inoue, Masahiko Takada, Takefumi Kikusui, Kensaku Nomoto, Masamichi Sakagami
  • 学会等名: 第43回日本神経科学大会
  • 国際学会
• [学会発表] Generalization of information: integrative encoding or category-based inference? (2020)
  • 著者名/発表者名: Jessie Taylor, Helen Barron, Xiaochuan Pan, Dasa Zeithamova, Masamichi Sakagami, Aurelio Cortese
  • 学会等名: The 2020 GAC (Generative Adversarial Collaborations) workshop
• [学会発表] Value decoding from Electro-Cortico-Graphic signals in monkey prefrontal cortices (2020)
  • 著者名/発表者名: Masamichi Sakagami
  • 学会等名: The 6th CiNet Conference: Brain-Machine Interface-Medical Engineering based on Neuroscience
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Chemogenetic Inactivation Using Double Virus Vector Infection Reveals the Inhibitory Function of the Prefronto-striatal Pathway in the Macaque Brain (2019)
  • 著者名/発表者名: Mineki Oguchi, Shingo Tanaka, Xiaochuan Pan, Takefumi Kikusui, Shigeki Kato, Kazuto Kobayashi, and Masamichi Sakagami
  • 学会等名: The International Basal Ganglia Society
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Enhancement of the reward prediction error signal of midbrain dopamine neuron by the cost of obtaining the reward (2019)
  • 著者名/発表者名: Masamichi Sakagami., John O'Doherty., Shingo Tanaka
  • 学会等名: ICCN 2019
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Enhancement of the reward prediction error signal of midbrain dopamine neuron by the cost of obtaining the reward (2019)
  • 著者名/発表者名: Masamichi Sakagami
  • 学会等名: Society for Neuro Economics Dublin
  • 国際学会
• [学会発表] Chemogenetic Inactivation Using Double Virus Vector Infection Reveals the Inhibitory Function of the Prefronto-striatal Pathway in the Macaque Brain (2019)
  • 著者名/発表者名: Mineki Oguchi, Shingo Tanaka, Xiaochuan Pan, Takefumi Kikusui, Keiko Moriya-Ito, Shigeki Kato, Kazuto Kobayashi, Masamichi Sakagami
  • 学会等名: Annual meeting of the Society for Neuroscience 2019
  • 国際学会
• [学会発表] Neuronal mechanisms on inductive abstraction and deductive generation of information (2019)
  • 著者名/発表者名: Masamichi Sakagami
  • 学会等名: The 7th Research Area Meeting of Scientific Research on Innovative Areas: Artificial Intelligence and Brain Science
• [学会発表] Chemogenetic Inactivation Using Double Virus Vector Infection Reveals the Inhibitory Function of the Prefronto-striatal Pathway in the Macaque Brain (2019)
  • 著者名/発表者名: Mineki Oguchi, Shingo Tanaka, Xiaochuan Pan, Takefumi Kikusui. Keiko Moriya-Ito,Shigeaki Kato, Kazuto Kobayashi, Masamichi Sakagami
  • 学会等名: Scientific Research on Innovative Areas: Artifical Intelligence and Brain Science
• [学会発表] Chemogenetic Inactivation Using Double Virus Vector Infection Revealed the Function of the Prefronto-striatal Pathway in the Macaque Brain (2019)
  • 著者名/発表者名: Masamichi Sakagami
  • 学会等名: HangZhou Forum on Cognitive Neuroscience and Intelligent Application
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] サル前頭前野皮質脳波信号からの価値情報のデコーディングとニューロフィードバックによる価値情報の変更 (2018)
  • 著者名/発表者名: 坂上雅道
  • 学会等名: 新学術領域研究「人工知能と脳科学」「適応回路シフト」合同領域会議 研究戦略ワークショップ
  • 招待講演
• [学会発表] Microendoscopic calcium imaging from the prefrontal cortex of awake macaque monkey (2018)
  • 著者名/発表者名: Mineki Oguchi, Takehiko Ito, Jiasen Jiang, Kensaku Nomoto, Takefumi Kikusui, Masamichi Sakagami
  • 学会等名: The Joint Research Area Meeting Scientific Research on Innovative Areas: “Artifical Intelligence and Brain Science”and “Adaptive Circuit Shift”
• [学会発表] ウイルスベクター二重遺伝子導入法を用いた化学遺伝学的不活化によるマカク前頭前野-線条体回路の機能解明 (2018)
  • 著者名/発表者名: 小口峰樹、坂上雅道
  • 学会等名: 平成30年度第1回大脳基底核機能研究会
  • 招待講演
• [学会発表] Oxytocin receptor gene regulates resting-state functional connectivity of attitudinal trust (2018)
  • 著者名/発表者名: Nishina K., Inoue-Murayama M., Takahashi H., Sakagami M., Matsuda T., Yamagishi T., Takagishi H
  • 学会等名: HBES Annual Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] Introduction of Japan-U.S.Brain Research Cooperative Program(BRCP) (2018)
  • 著者名/発表者名: Masamichi Sakagami
  • 学会等名: The 41th Annual Meeting of the Japan Neuroscience Society
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Value Decoding from ElectroCorticoGraphic Signals in Monkey Prefrontal Cortices and its Modulation by Decorded Neurofeedback (2018)
  • 著者名/発表者名: Masamichi Sakagami
  • 学会等名: The 41th Annual Meeting of the Japan Neuroscience Society
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Chemogenetic Inactivation Using Double Virus Vector Infection Elucidates the Function of the Prefronto-striatal Circuit in the Macaque Brain (2018)
  • 著者名/発表者名: 小口峰樹 坂上雅道
  • 学会等名: 国際ワークショップ 「遺伝子導入技術の利用による霊長類脳機能操作とイメージング」
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Decoding value-related signal represented in multiple areas of the prefrontal cortex using ECoG electrode (2018)
  • 著者名/発表者名: Masamichi Sakagami
  • 学会等名: The 4th Conference on Cognitive Neurodynamics
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] オキシトシン受容体遺伝子多型と一般的信頼の関連 (2018)
  • 著者名/発表者名: 仁科国之・高岸治人・井上-村山美穂・高橋英彦・坂上雅道・山岸俊男・松田哲也
  • 学会等名: 日本社会心理学会第59回大会
• [学会発表] 意思決定に関わる2つの神経回路と向社会性 (2018)
  • 著者名/発表者名: 坂上雅道
  • 学会等名: 日本心理学会第82回大会
• [学会発表] Neuronal mechanisms on inductive abstraction and deductive generation of information (2018)
  • 著者名/発表者名: Masamichi Sakagami
  • 学会等名: The 5th Research Area Meeting Scientific Research on Innovative Areas: Artifical Intelligence and Brain
• [学会発表] Chemogenetic Inactivation Using Double Virus Vector Infection Reveals the Inhibitory Function of the Prefronto-striatal Pathway in the Macaque Brain (2018)
  • 著者名/発表者名: Mineki Oguchi Masamichi Sakagami
  • 学会等名: Workshop "Genetic technologies for systems neuroscience in non-human primates"
  • 招待講演
• [学会発表] Social Value Orientation is Associated with the Role of Right Dorsolateral Prefrontal Cortex in Prosocial Behavior (2018)
  • 著者名/発表者名: Takagishi, H., Sakagami, M., & Yamagishi, T
  • 学会等名: The 19th annual meeting of the Society for Personality and Social Psychology,
  • 国際学会
• [学会発表] Multiple Neural Circuits In Value-based Decision Making (2018)
  • 著者名/発表者名: Masamichi Sakagami
  • 学会等名: Brain Engineering Society of Korea(BESK) Brain AI Symposium
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Decoding the value related signal represented in multiple areas of the prefrontal cortex using ECoG electrodes (2018)
  • 著者名/発表者名: Masamichi Sakagami
  • 学会等名: Joint Workshop on AI Flagship Project for Interaction & Emotion and AI & Brain Science project 2018
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 意思決定に関わる2つの神経回路とその相互作用 (2017)
  • 著者名/発表者名: 坂上雅道
  • 学会等名: 「精神発達障害から考察するdecision makingの分子的基盤」2016年度第１回研究会
  • 発表場所: 公益財団法人国際高等研究所（京都府木津市）
  • 年月日: 2017-02-19
  • 招待講演
• [学会発表] 向社会的行動の遺伝的基盤 (2017)
  • 著者名/発表者名: 仁科国之・高岸治人・井上-村山美穂・高橋英彦・坂上雅道・山岸俊男
  • 学会等名: 日本人間行動進化学会第10回大会
• [学会発表] アルギニンバソプレシン受容体遺伝子と向社会的行動の関連 (2017)
  • 著者名/発表者名: 仁科国之・高岸治人・井上-村山美穂・高橋英彦・坂上雅道・山岸俊男
  • 学会等名: 第7回社会神経科学研究会
• [学会発表] Elucidating the role of the macaque lateral prefrontal cortex for the value-based decision making using the decoded neurofeedback (2017)
  • 著者名/発表者名: Tanaka S, Kawasaki K,Hasegawa I, Suzuki T, Kawato M and Sakagami M
  • 学会等名: Real-time Functional Neuroimaging and Neurofeedback 2017
  • 国際学会
• [学会発表] Spatial and temporal distribution of value-related and the visual information in the macaque lateral ptefrontal cortex (2017)
  • 著者名/発表者名: Tanaka S, Kawasaki K, Hasegawa I, Suzuki T, Kawato M and Sakagami M.
  • 学会等名: The 47th annual meeting of the Society for Neuroscience
  • 国際学会
• [学会発表] Dissociable functions of reward inference in the lateral prefrontal cortex and the striatum (2017)
  • 著者名/発表者名: Masamichi Sakagami
  • 学会等名: The 44th Naito Conference
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Distribution of value related information in the multiple areas of the macaque prefrontal cortex (2017)
  • 著者名/発表者名: Tanaka S, Kawasaki K, Hasegawa I, Suzuki T, Kawato M and Sakagami M
  • 学会等名: The 40th Annual Meeting of the Japan Neuroscience Society
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Categorical coding of stimulus and inference of the value in the monkey lateral prefrontal cortex (2017)
  • 著者名/発表者名: Masamichi Sakagami
  • 学会等名: Max Prank Institute Germany
  • 招待講演
• [学会発表] ategorical Coding of Stimulus and Inference of the Value in the Monkey Lateral Prefrontal Cortex (2017)
  • 著者名/発表者名: Masamichi Sakagami
  • 学会等名: Joint Workshop on AI and Neuroscience
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] The reward prediction error signal of midbrain dopamine neuron is modulated by the cost paid for the reward (2017)
  • 著者名/発表者名: Masamichi Sakagami
  • 学会等名: The Forum on Cognitive Neuroscience Frontier 2017
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Decoding The Value Of Juice From Electrocorticographic Signals In Monkey Prefrontal Cortices And Its Modulation Through The Decoded Neurofeedback (2016)
  • 著者名/発表者名: 坂上雅道
  • 学会等名: Australasian Neuroscience Society 2016
  • 発表場所: Grand Chancellor（オーストラリア）
  • 年月日: 2016-12-04
  • 国際学会
• [学会発表] Elucidating the Function of the Prefronto-striatal Circuit of the Macaque Brain Using the Double Virus Vector Infection (2016)
  • 著者名/発表者名: 小口峰樹 坂上雅道
  • 学会等名: NHP Chemogenetics workshop
  • 発表場所: NIH（米国）
  • 年月日: 2016-11-29
  • 国際学会
• [学会発表] 脳と心の接点を探る研究の最前線 (2016)
  • 著者名/発表者名: 坂上雅道
  • 学会等名: 日本理論心理学会第62回大会シンポジウム
  • 発表場所: 千葉経済大学（千葉県千葉市）
  • 年月日: 2016-11-27
  • 招待講演
• [学会発表] Elucidating the Function of the Prefronto-striatal Circuit of the Macaque Brain Using the Double Virus Vector Infection (2016)
  • 著者名/発表者名: 坂上雅道
  • 学会等名: Rochester Conte Center Symposium
  • 発表場所: University of Rochester（米国）
  • 年月日: 2016-10-12
  • 国際学会
• [学会発表] Signal Interaction between Primate Prefrontal Cortex and Striatum in Asymmetric Reward Task (2016)
  • 著者名/発表者名: 坂上雅道
  • 学会等名: The third Conference on Cognitive Neurodynamics
  • 発表場所: 敦煌 蘭州理工大学（中国蘭州市）
  • 年月日: 2016-08-05
  • 招待講演
• [学会発表] Elucidating the Function of the Prefronto-striatal Circuit of the Macaque Brain Using the Double Virus Vector Infaction (2016)
  • 著者名/発表者名: 田中慎吾、小口峰樹、坂上雅道
  • 学会等名: 第39回日本神経科学大会
  • 発表場所: パシフィコ横浜（神奈川県横浜市）
  • 年月日: 2016-07-20
  • 国際学会
• [図書] 連合野ハンドブック 完全版 (2021)
  • 著者名/発表者名: 河村 満
  • 総ページ数: 322
  • 出版者: 医学書院
  • ISBN: 9784260043434
• [図書] 推移的推論の脳メカニズム－汎用人工知能の計算理論構築をめざして－ (2017)
  • 著者名/発表者名: 田中慎吾 坂上雅道
  • 総ページ数: 1025
  • 出版者: 人工知能