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思考デコーディングに基づく、知識獲得の神経機序の解明

研究課題

研究課題/領域番号 20H03554
研究種目

基盤研究(B)

配分区分補助金
応募区分一般
審査区分 小区分51020:認知脳科学関連
研究機関富山大学

研究代表者

野本 真順  富山大学, 学術研究部医学系, 准教授 (20636253)

研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2024-03-31
研究課題ステータス 完了 (2023年度)
配分額 *注記
18,200千円 (直接経費: 14,000千円、間接経費: 4,200千円)
2022年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
2021年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
2020年度: 12,350千円 (直接経費: 9,500千円、間接経費: 2,850千円)
キーワードスキーマ / 睡眠 / ヒューリスティック / 閃き / アイドリングブレイン / 意味記憶 / オペラント条件付け学習 / カルシウムイメージング / 知識 / 報酬学習 / ヒューリスティクス / アイドリング脳 / 知識形成 / 転移学習 / 神経活動デコーディング / 学習・記憶 / 光遺伝学 / 記憶制御 / エピソード記憶 / 知識構造 / 思考デコーディング
研究開始時の研究の概要

脳は獲得した経験、すなわちエピソード記憶から意味や概念を抽出し、他の状況に応用可能な「知識」を創る優れた機能を有する。しかし、獲得した経験から知識がいつどのように発生し、利用されるのかそのメカニズムを示した研究はない。
本研究では、マウスの思考をデコーディング可能な新規行動実験系と最先端の神経活動計測・操作テクニックを起点に、「アイドリング時に記憶同士がリプレイを介して照合・統合されることで知識が生まれる」と仮説を立て、従来アプローチ不能であった経験から生じる知識の獲得機序を明らかにすることを目的とする。

研究成果の概要

脳は経験から意味や概念を抽出し、他の状況に応用可能な「知識」を創る優れた機能を有する。我々ヒトは取り組んでいる課題の回答を意識下では得られないが、睡眠後や休息時、すなわちアイドリング時にその答えが閃くことがあることを経験している。
カルシウムイメージと自動睡眠判定計測技術とを統合し、学習時と睡眠時の神経活動に注目して研究を進めた結果、スキーマ学習課題時の脳活動はテスト前のプリプレイしているということ、大脳皮質のニューロン活動は学習時とは別に、ノンレム睡眠とレム睡眠で活動する細胞集団は完全に異なる亜集団に分かれており、一週間以上安定していることを発見した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

カルシウムイメージと自動睡眠判定計測技術とを統合し得られた本研究の結果は、我々が類似性を検知して既存の知識体系に新たな情報を組み込むためには、睡眠が重要であること、さらに、睡眠時には大脳皮質にノンレム睡眠とレム睡眠で特有の細胞集団があることから睡眠中の認知機能は覚醒時とは異なることが示唆された。

報告書

(4件)
  • 2023 研究成果報告書 ( PDF )
  • 2022 実績報告書
  • 2021 実績報告書
  • 2020 実績報告書
  • 研究成果

    (21件)

すべて 2023 2022 2021 2020 その他

すべて 雑誌論文 (8件) (うち国際共著 3件、 査読あり 7件、 オープンアクセス 8件) 学会発表 (12件) (うち国際学会 7件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Requirement for hippocampal CA3 NMDA receptors in artificial association of memory events stored in CA3 cell ensembles2023

    • 著者名/発表者名
      Nomoto Masanori、Ohkawa Noriaki、Inokuchi Kaoru、Oishi Naoya
    • 雑誌名

      Molecular Brain

      巻: 16 号: 1

    • DOI

      10.1186/s13041-023-01004-2

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] 睡眠状態に特異的な前頭前野の神経活動動態2023

    • 著者名/発表者名
      大野 駿太郎、野本 真順、井ノ口 馨
    • 雑誌名

      Toyama Medical Journal

      巻: 33 号: 1 ページ: 43-49

    • DOI

      10.57561/tmjutmed.33.1_43

    • ISSN
      2189-2466, 2758-6014
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Selective engram coreactivation in idling brain inspires implicit learning2022

    • 著者名/発表者名
      Aly Mohamed H.、Abdou Kareem、Okubo-Suzuki Reiko、Nomoto Masanori、Inokuchi Kaoru
    • 雑誌名

      Proceedings of the National Academy of Sciences

      巻: 119 号: 32

    • DOI

      10.1073/pnas.2201578119

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] A short-term memory trace persists for days in the mouse hippocampus2022

    • 著者名/発表者名
      Wally Maha E.、Nomoto Masanori、Abdou Kareem、Murayama Emi、Inokuchi Kaoru
    • 雑誌名

      Communications Biology

      巻: 5 号: 1

    • DOI

      10.1038/s42003-022-04167-1

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Food odor perception promotes systemic lipid utilization2022

    • 著者名/発表者名
      Tsuneki Hiroshi, Sugiyama Masanori, Ito Toshihiro, Sato Kiyofumi, Matsuda Hiroki, Onishi Kengo, Yubune Koharu, Matsuoka Yukina, Nagai Sanaka, Yamagishi Towa, Maeda Takahiro, Honda Kosuke, Okekawa Akira, Watanabe Shiro, Yaku Keisuke, et al.
    • 雑誌名

      Nature Metabolism

      巻: 4 号: 11 ページ: 1514-1531

    • DOI

      10.1038/s42255-022-00673-y

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Hippocampus as a sorter and reverberatory integrator of sensory inputs2022

    • 著者名/発表者名
      Nomoto Masanori、Murayama Emi、Ohno Shuntaro、Okubo-Suzuki Reiko、Muramatsu Shin-ichi、Inokuchi Kaoru
    • 雑誌名

      Nature Communications

      巻: 13 号: 1

    • DOI

      10.1038/s41467-022-35119-2

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Sevoflurane-induced amnesia is associated with inhibition of hippocampal cell ensemble activity after learning2022

    • 著者名/発表者名
      Kameyama Akiyo、Asai Hirotaka、Nomoto Masanori、Ohno Shuntaro、Ghandour Khaled、Ohkawa Noriaki、Saitoh Yoshito、Yamazaki Mitsuaki、Inokuchi Kaoru
    • 雑誌名

      Biology Open

      巻: 11 号: 12

    • DOI

      10.1242/bio.059666

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] 脳深部Ca<sup>2+</sup>イメージングへの誘い2020

    • 著者名/発表者名
      大川宣昭,竹川高志,野本真順,井ノ口馨
    • 雑誌名

      日本神経回路学会誌

      巻: 27 号: 2 ページ: 74-86

    • DOI

      10.3902/jnns.27.74

    • NAID

      130007882378

    • ISSN
      1340-766X, 1883-0455
    • 年月日
      2020-06-05
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • オープンアクセス
  • [学会発表] The hippocampus as a sorter and reverberatory integrator of sensory inputs2022

    • 著者名/発表者名
      Nomoto M., Murayama E., Ohno S., Okubo-Suzuki R. and Inokuchi K.
    • 学会等名
      Annual Meeting of Society for Neuroscience, San Diego, USA. 2022
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Weaving cognitive inference in prefrontal network during NREM and REM sleep.2022

    • 著者名/発表者名
      Zaher A., Abdou K, Choko K., Aly H., Nomoto M., Ghandour K., Okubo-Suzuki R., Muramatsu S. and Inokuchi K.
    • 学会等名
      Annual Meeting of Society for Neuroscience, San Diego, USA. 2022
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] A novel dimensionality reduction method "iSeq" reveals that higher-order functions of medial prefrontal cortex are represented as a combination of simpler functions2022

    • 著者名/発表者名
      Ohno S., Nomoto M. and Inokuchi K.
    • 学会等名
      Annual Meeting of Society for Neuroscience, San Diego, USA. 2022
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Dual roles of idling moments for past and future memories.2022

    • 著者名/発表者名
      Ghandour K., Haga T., Ohkawa N., Fung C., Nomoto M., Sato M, Fukai T. and Inokuchi K.
    • 学会等名
      Annual Meeting of Society for Neuroscience, San Diego, USA. 2022
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Orbitofrontal Cortex Governs Wise Decisions Throughout Idling States.2022

    • 著者名/発表者名
      Fayed M., Ghandour K., Murayama E., Okubo-Suzuki R., Abdou K., Nomoto M., Inokuchi K.
    • 学会等名
      Annual Meeting of Society for Neuroscience, San Diego, USA. 2022
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Dual roles of idling moments for past and future memories.2022

    • 著者名/発表者名
      Ghandour K., Haga T., Ohkawa N., Fung C., Nomoto M., Sato M, Fukai T. and Inokuchi K.
    • 学会等名
      Cellular Society 2022 Symposium, 2022. 11. 11, San Diego, CA, USA.
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Orbitofrontal Cortex Governs Wise Decisions Throughout Idling States.2022

    • 著者名/発表者名
      Fayed M., Ghandour K., Murayama E., Okubo-Suzuki R., Abdou K., Nomoto M., Inokuchi K.
    • 学会等名
      Cellular Society 2022 Symposium, 2022. 11. 11, San Diego, CA, USA.
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Ensemble reverberatory activity in hippocampus encodes associative memory.2021

    • 著者名/発表者名
      Nomoto M., Murayama E., Ohno S., Okubo-Suzuki R., Inokuchi K.
    • 学会等名
      The 44th Annual Meeting of the Japan Neuroscience Society/the 1st CJK International Meeting
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] seqNMF based on Itakura-Saito divergence for extraction of comparable temporal sequences in neuronal activities2021

    • 著者名/発表者名
      Ohno S., Nomoto M., Inokuchi K.
    • 学会等名
      The 44th Annual Meeting of the Japan Neuroscience Society/the 1st CJK International Meeting
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 海馬におけるアンサンブル反響活動による連合記憶の制御2021

    • 著者名/発表者名
      野本 真順, 井ノ口 馨
    • 学会等名
      生理研研究会 記憶研究会2021「記憶・学習の多角的理解に向けたアプローチ」
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 嫌悪経験直後の情報反響と連合学習における海馬CA3 NMDA受容体の関与2020

    • 著者名/発表者名
      野本真順, 村山絵美, 芳賀達也, 村松慎一, 深井朋樹, 井ノ口馨
    • 学会等名
      第43回日本神経科学大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] Involvement of sleep and NMDAR-activity in the storage of short-term memory engram.2020

    • 著者名/発表者名
      Wally M., Nomoto M., Abdou K., and Inokuchi K.
    • 学会等名
      第43回日本神経科学大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [備考] 脳海馬は外界からの入力情報を一時的に蓄えて、 リザバコンピューターのように処理することを発見

    • URL

      https://www.u-toyama.ac.jp/wp/wp-content/uploads/20221216.pdf

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書

URL: 

公開日: 2020-04-28   更新日: 2025-01-30  

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