情動を反映する大脳基底核の情報処理の解明と強化学習の発展

• 研究課題/領域番号: 17680029
• 研究種目: 若手研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 神経科学一般
• 研究機関: 独立行政法人理化学研究所
• 研究代表者: 中原 裕之 理化学研究所, 理論統合脳科学研究チーム, チームリーダー (10312282)
• 研究期間 (年度): 2005 – 2007
• 研究課題ステータス: 完了 (2007年度)
• 配分額: 24,960千円 (直接経費: 19,200千円、間接経費: 5,760千円); 2007年度: 8,060千円 (直接経費: 6,200千円、間接経費: 1,860千円); 2006年度: 8,190千円 (直接経費: 6,300千円、間接経費: 1,890千円); 2005年度: 8,710千円 (直接経費: 6,700千円、間接経費: 2,010千円)
• キーワード: 神経科学 / 数理工学 / 統計数学 / 情報工学 / 人工知能

研究概要

3年間にわたる第3年度の研究として、本年度の研究の主体は、大きく分けて三つあった。一つは、大脳基底核の情報処理の解明/モデル化のための研究を発展させたこと、次に、情動・感情・動機・報酬獲得などの機能との関係を明確にするための実験研究と数理研究の共同研究を進展させたことにある。そして、これらに基づき、現在基底核の強化学習を発展させた数理モデルの構築を進めた。具体的には、大脳基底核における並行回路がどのようにその機能を分化させるかということについて、各知覚情報の潜時の違いに着目した。モデル構築そしてシミュレーション研究を通じて、その潜時の違いが自動的に機能分化にいたることを実証した。また、情動のような複雑な機能が行動選択・運動制御に与える影響を調べるには、行動が選択される時点を的確につかまえることが必要である。そのためにそれ以前に行われた行動を観察することで次に起きる行動がどれくらい予測できるかを調べる研究を行った。この研究はさらに多電極同時記録された脳活動との対応をつけるための予備的研究である。幸いこれらの研究は既に論文発表できている。また多電極同時記録の脳活動を行動と対応づけるためのデータ解析の手法の研究も学会発表を既に終えている。今後の展開としては、基底核の数理モデルの研究を進め、その成果につき発表を行うこととなる。なお一般社会に研究をフィードバックする試みとして一般図書への執筆も行い、幸い好評を得ている。最後に、本研究は、申請者一人が推進する研究であり、本研究費によって、諸処の数理計算用のハード/ソフトの諸費用、マンパワーとしての研究補助などが得られていて、非常に有効に機能していることを述べておきたい。

研究成果

• [雑誌論文] Combining modalities with different latencies for optimal motor control. (2008)
  • 著者名/発表者名: Bissmarck, F.
  • 雑誌名: Jouenal of Cognitive Neuroscience. (In press)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Stimulus-induced pairwise interaction can be revealed by information geometric approach. (2008)
  • 著者名/発表者名: Nakahara, H.
  • 雑誌名: Springer Lecture Notes. (In press)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Linear Discrimination Anylysis of Monkey Behavior on an Alternative Free Choice Task. (2007)
  • 著者名/発表者名: Takenaka, K
  • 雑誌名: Journal of Robotics and Mechatronics 19(4) ページ: 416-422
  • 査読あり
• [雑誌論文] Extended LATER model can account for trial-by-trial variability of both pre- and post-processes. (2006)
  • 著者名/発表者名: Nakahara H., Nakamura K., Hikosaka, O.
  • 雑誌名: Neural Networks. 19 (8) ページ: 1027-1046
  • NAID: 10018337039
• [雑誌論文] Saccade-Related Spread of Activity Across Superior Colliculus May Arise From Asymmetry of Internal Connections. (2006)
  • 著者名/発表者名: Nakahara, H., Morita, K., Wurtz, R.H., Optican, L.M.
  • 雑誌名: Journal of Neurophysiology. 96 (2) ページ: 765-774
• [雑誌論文] Correlation and independence in the neural code. (2006)
  • 著者名/発表者名: Amari, S., Nakahara, H.
  • 雑誌名: Neural Computation. 18 (6) ページ: 1259-1267
• [雑誌論文] A comparison of descriptive models of a single spike train by information geometric measure. (2006)
  • 著者名/発表者名: Nakahara, H., Amari, S., Richmond, B.J.
  • 雑誌名: Neural Computation. 18 ページ: 545-568
• [雑誌論文] Basal ganglia orient eyes to reward. (2006)
  • 著者名/発表者名: Hikosaka, O., Nakamura, K., Nakahara, H.
  • 雑誌名: Journal of Neurophysiology. 95 ページ: 567-584
• [雑誌論文] Isolation of gene sets affected specifically by polyglutamine expression : Implication of the TOR signaling pathway in neurodegeneration. (2005)
  • 著者名/発表者名: Nelson B., Nishimura, S., Kanuka, H., Kuranaga E., Inoue, M., Hori, G., Nakahara, H., Miura, M.
  • 雑誌名: Cell Death and Differentiation. 12(8) ページ: 1115-1123
• [雑誌論文] Difficulty of singularity in population coding (2005)
  • 著者名/発表者名: Amari, S., Nakahara, H.
  • 雑誌名: Neural Computation. 17(4) ページ: 839-858
• [雑誌論文] Responding to modalities with different latencies. (2005)
  • 著者名/発表者名: Bissmarck, F., Nakahara, H., Doya, K., Hikosaka, O.
  • 雑誌名: Advances in Neural Information Processing. 17 ページ: 169-176
• [雑誌論文] Correlation and indenendence in the neural code.
  • 著者名/発表者名: Amari, S., Nakahara, H.
  • 雑誌名: Neural Computation. (印刷中)
• [学会発表] Discovery of Putative Causal Interactions in Neuronal Population Data. (2007)
  • 著者名/発表者名: G. Santos.
  • 学会等名: Society for Neuroscience, 2007
  • 発表場所: San Diego, CA
• [学会発表] Fine Spatio-Temporal Interactions in Multielectrode LFP Signals. (2007)
  • 著者名/発表者名: G. Santos.
  • 学会等名: Neuro 2007
  • 発表場所: Yokohama, Japan.
• [図書] 脳研究の最前線(下巻) (2007)
  • 著者名/発表者名: 理化学研究所脳科学総合研究センター
  • 総ページ数: 384
  • 出版者: 講談社
• [図書] 脳の計算機構(銅谷賢治, 五味裕章, 阪口豊, 川人光男 編) (2005)
  • 著者名/発表者名: 中原裕之
  • 総ページ数: 240
  • 出版者: 朝倉書店
• [備考]
  • URL: http://www.itn.brain.riken.jp