認知操作を中心としたヒトの高次思考を司る神経機構の解明

• 研究課題/領域番号: 19670001
• 研究種目: 若手研究(S)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 神経科学一般
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 坂井 克之 東京大学, 医学(系)研究科(研究院), 准教授 (70376416)
• 研究期間 (年度): 2007 – 2011
• 研究課題ステータス: 完了 (2011年度)
• 配分額: 97,760千円 (直接経費: 75,200千円、間接経費: 22,560千円); 2011年度: 9,880千円 (直接経費: 7,600千円、間接経費: 2,280千円); 2010年度: 15,470千円 (直接経費: 11,900千円、間接経費: 3,570千円); 2009年度: 17,030千円 (直接経費: 13,100千円、間接経費: 3,930千円); 2008年度: 25,220千円 (直接経費: 19,400千円、間接経費: 5,820千円); 2007年度: 30,160千円 (直接経費: 23,200千円、間接経費: 6,960千円)
• キーワード: 神経科学 / 認知科学 / 脳・神経 / 前頭葉 / 非侵襲的脳活動計測 / 認知神経科学

研究概要

ヒトの高次思考は外界の事象を脳内に表象する能力に加えて、表象に対して能動的に操作を加えて変換する能力によって可能となる。局所脳領域活動と脳領域間信号伝達の相互作用を解析することで、認知操作の脳内メカニズムを解明することが本研究課題の目的である。まず健常人を対象とした機能的核磁気共鳴画像実験により、視覚刺激に対する後方連合領域の活動レベルの変動に応じて前頭前野の活動が適応的に変化し、さらに前頭前野から運動関連領域に対して試行ごとに適切な制御信号が送られることが明らかとなった。これは外界の変化に対して柔軟に行動を切り替える認知操作の特性のメカニズムの一端を明らかにしたものといえる。また本研究で開発された磁気刺激・脳波併用法(TMS-EEG)を用いた実験を行い、前試行における判断が次の試行の判断にバイアスをかけること、そして前頭前野から後方連合領域に対する信号伝達効率の変化としてこのバイアスが維持されていることが明らかとなった。この結果は私たちの知覚認知、行動制御がその時点における神経回路の結合状態によって左右されることを示すとともに、すでに我々が示した脳領域間の信号伝達効率の履歴依存性を再現したことになる。TMS-EEG法を用いることで健常人の脳シナプス機能を解析するという画期的な成果に向けて大きく前進したものといえる。さらにモーション・キャプチャー・システムと経時的握力測定装置を導入し、認知操作における意思の成立過程を連続的に評価する行動課題を設計した。TMS-EEG法を用いた脳領域間信号伝達効率推定により、前頭葉フィードバック系の機能を明らかにするとともに、これが意思の成立過程に深く関与するという独創的な仮説を検証するものである。

研究成果

• [雑誌論文] Reactive mechanism of cognitive control system (2010)
  • 著者名/発表者名: Morishima Y.
  • 雑誌名: Cerebral Cortex 巻: 20 ページ: 2675-2683
  • 査読あり
• [雑誌論文] Stimulation of the frontal eye field reveals persistent effective connectivity after controlled behavior (2010)
  • 著者名/発表者名: Akaishi R, Morishima Y, Rajeswaren VP, Aoki S, Sakai K.
  • 雑誌名: Journal of Neuroscience 30 ページ: 4295-4305
  • 査読あり
• [雑誌論文] Stimulation of the frontal eye field reveals persistent effective connectivity after controlled behavior (2010)
  • 著者名/発表者名: Akaishi R
  • 雑誌名: Journal of Neuroscience 30 ページ: 4295-4305
  • 査読あり
• [雑誌論文] Predictive and postdictive mechanisms jointly contribute to visual awareness (2009)
  • 著者名/発表者名: Soga R, Akaishi R, Sakai K.
  • 雑誌名: Consciousness and Cognition 18 ページ: 578-592
  • 査読あり
• [雑誌論文] Task-specific signal transmission from prefrontal cortex in visual selective attention (2009)
  • 著者名/発表者名: Morishima Y, Akaishi R, Yamada Y, Okuda J, Toma K, Sakai K.
  • 雑誌名: Nature Neuroscience 12 ページ: 85-91
  • 査読あり
• [雑誌論文] Predictive and postdictive mechanisms jointly contribute to visual awareness (2009)
  • 著者名/発表者名: Soga R
  • 雑誌名: Consciousness and Cognition 18 ページ: 578-592
  • 査読あり
• [雑誌論文] The representation of abstract task rules in the human prefrontal cortex (2009)
  • 著者名/発表者名: Bengtsson SL
  • 雑誌名: Cerebral Cortex 19 ページ: 1929-1936
  • 査読あり
• [雑誌論文] Task-specific signal transmission from prefrontal cortex in visual selective attention (2009)
  • 著者名/発表者名: Morishima Y
  • 雑誌名: Nature Neuroscien 12 ページ: 85-91
  • 査読あり
• [雑誌論文] Task set and prefrontal cortex (2008)
  • 著者名/発表者名: Sakai K.
  • 雑誌名: Annual Review of Neuroscience 31 ページ: 219-245
  • 査読あり
• [雑誌論文] Task set and prefrontal cortex (2008)
  • 著者名/発表者名: Sakai K
  • 雑誌名: Annual Review of Neuroscience 31 ページ: 219-245
  • 査読あり
• [雑誌論文] Reactive mechanism of cognitive control system
  • 著者名/発表者名: Morishima Y, Okuda J, Sakai K.
  • 雑誌名: Cerebral Cortex (in press)
  • 査読あり
• [学会発表] Task set and neural network connectivity (2010)
  • 著者名/発表者名: Sakai K.
  • 学会等名: Gordon Research Conference
  • 発表場所: Waterville Valley Resort(NH, USA)
  • 年月日: 2010-08-04
• [学会発表] Network-based mechanism of prefrontal control (2010)
  • 著者名/発表者名: Sakai K
  • 学会等名: The 20th Annual Rotman Research Institute Conference The Frontal Lobes 2010
  • 発表場所: Metro Toronto Convention Centre Toronto, Canada
  • 年月日: 2010-03-23
• [学会発表] Effective connectivity during task preparation reflects carry-over from a previous task (2008)
  • 著者名/発表者名: Akaishi R
  • 学会等名: 38th Annual meeting of the Society for Neuroscience
  • 発表場所: Washington, DC. USA
  • 年月日: 2008-11-16
• [備考]
  • URL: http://square.umin.ac.jp/dcntky/index.html
• [備考] 研究室ホームページ
  • URL: http://square.umin.ac.jp/dcntky/index.html
• [備考]
  • URL: http://square.umin.ac.jp/dcntky/index.html