社会的身体表現による個体間相互作用の生成モデル開発

• 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: 19H04996
• 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: 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構
• 研究代表者: 三村 喬生 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 放射線医学総合研究所 脳機能イメージング研究部, 研究員(任常) (60747377)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2021-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2020年度)
• 配分額: 11,180千円 (直接経費: 8,600千円、間接経費: 2,580千円); 2020年度: 5,330千円 (直接経費: 4,100千円、間接経費: 1,230千円); 2019年度: 5,850千円 (直接経費: 4,500千円、間接経費: 1,350千円)
• キーワード: 社会性 / 霊長類 / 化学遺伝学 / 機械学習 / 社会行動 / データ駆動 / モーション解析 / マーモセット / 脳イメージング / 社会脳 / モーショントラッキング

研究開始時の研究の概要

社会性とは、他者の振る舞いからその内部の状態（感情や意図など）を推測し、それに対して適切に自己を制御する事で、集団として適応的な行動を実現する能力である。その背景にある神経回路システムは高度に複雑であり全容は明らかでない。そこで本研究では、人工知能技術を用いた新規の行動解析技術を開発し、小型霊長類コモン・マーモセットの非言語コミュニケーションを詳細に分析する。更に、遺伝学的手法により脳の活動を局所的に制御しその影響を多角的にイメージングする事で、これまで社会性障害の責任領域として候補に挙がってきた神経回路システムが、自然な社会的交流に対して与える影響を明らかにする。

研究実績の概要

社会性は相互作用のなかで他者の意図や意思を汲み取り、また適切に伝達する機能である。この社会的相互作用において言語に依らない情報伝達プロセスについて神経機能ー行動を結びつけた包括的な理解は進んでいない。
そこで本研究では、ヒトに類似した脳構造と豊かな社会性行動で知られる小型霊長類コモン・マーモセットを用い、神経科学・人工知能双方の研究分野から社会脳と社会性行動のリンクを探索することを目的とした。
神経科学研究として、脳局所の神経活動を一過的に制御する手法をマーモセットに実装した。これは化学遺伝学と呼ばれる技術であり、ウィルスベクタを用いて人工受容体を神経細胞上に発現させたうえで、そのアゴニストを全身投与することにより当該細胞の活動性を一定期間制御することができる。ドーパミン神経系における実証実験を完了し、現在主著論文を投稿中である。
人工知能研究として、行動のシークエンスをモーション・トラッキングしたうえで、時系列構造に内在する動作単位や構文構造の解析アルゴリズムの開発を行った。ガウス過程を組み込んだ状態空間モデルの有用性を実証実験を通じて検証し、その成果を国内外の学会にて発表した。現在、論文執筆を進めている。
これらの研究成果を踏まえ、社会脳ネットワークの主要な構成要素として知られる扁桃体の一過的な機能抑制モデル動物の作出を完了し、社会的場面における行動変容のデータ駆動抽出および定量評価を進めている。

現在までの達成度 (段落)

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [国際共同研究] National Institutes of Health(米国)
• [雑誌論文] Chemogenetic activation of nigrostriatal dopamine neurons in freely moving common marmosets (2021)
  • 著者名/発表者名: Mimura Koki、Nagai Yuji、Inoue Ken-ichi、Matsumoto Jumpei、Hori Yukiko、Sato Chika、Kimura Kei、Okauchi Takashi、Hirabayashi Toshiyuki、Nishijo Hisao、Yahata Noriaki、Takada Masahiko、Suhara Tetsuya、Higuchi Makoto、Minamimoto Takafumi
  • 雑誌名: bioRxiv 巻: online
  • DOI: 10.1101/2021.01.29.428749
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] Deschloroclozapine, a potent and selective chemogenetic actuator enables rapid neuronal and behavioral modulations in mice and monkeys (2020)
  • 著者名/発表者名: Nagai Yuji, Miyakawa Naohisa et al.
  • 雑誌名: Nature Neuroscience 巻: 23 号: 9 ページ: 1157-1167
  • DOI: 10.1038/s41593-020-0661-3
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Genetically targeted reporter imaging of deep neuronal network in the mammalian brain (2020)
  • 著者名/発表者名: Shimojo M, Ono M, Takuwa H, Mimura K, Nagai Y, Fujinaga M, Kikuchi T, Okada M, Seki C, Tokunaga M, Maeda J, Takado Y, Takahashi M, Minamihisamatsu T, Zhang M, Tomita Y, Suzuki N, Maximov A, Suhara T, Minamimoto T, Sahara N, Higuchi M
  • 雑誌名: bioRxiv 巻: -
  • DOI: 10.1101/2020.04.08.032870
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] Abnormal axon guidance signals and reduced interhemispheric connection via anterior commissure in neonates of marmoset ASD model (2019)
  • 著者名/発表者名: Mimura K, Oga T, Sasaki T, Nakagaki K, Sato C, Sumida K, Hoshino K, Saito K, Miyawaki I, Suhara T, Aoki I, Minamimoto T, Ichinohe N
  • 雑誌名: NeuroImage 巻: 印刷中 ページ: 243-251
  • DOI: 10.1016/j.neuroimage.2019.04.006
  • NAID: 120007133606
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Deschloroclozapine: a potent and selective chemogenetic actuator enables rapid neuronal and behavioral modulations in mice and monkeys (2019)
  • 著者名/発表者名: Nagai Y, Miyakawa N, et al.
  • 雑誌名: bioRxiv 巻: - ページ: 1157-1167
  • DOI: 10.1101/854513
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] Unsupervised temporal segmentation of marmoset goal-directed behavior (2021)
  • 著者名/発表者名: Mimura Koki
  • 学会等名: The Tenth International Symposium on Biology of Decision Making
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 霊長類における身体動作時系列の分節推移構造推定 (2019)
  • 著者名/発表者名: 三村喬生， 中村友昭， 松本惇平， 西条寿夫， 須原哲也， 持橋大地， 南本敬史
  • 学会等名: 人工知能学会全国大会
• [学会発表] A chemogenetic toolbox with multimodal imaging and motion tracking for free marmoset behavior (2019)
  • 著者名/発表者名: Koki Mimura, Jumpei Matsumoto, chika Sato, Kei Kimura, Yukiko Hori, Yuji Nagai, Ken-Ichi Inoue, Ichio Aoki, Hisao Nishijo, Tetuya Suhara, Masahiko Takada, Noriaki Yahata, Takafumi MInamimoto
  • 学会等名: 2019 Marmoset Bioscience symposium
  • 国際学会
• [学会発表] A novel ligand “deschloroclozapine” selectively visualizes and activates chemogenetic receptors in non-human primates (2019)
  • 著者名/発表者名: Nagai Y, Miyakawa N, Takuwa H, Hori H, Oyama K, Ji B, Takahashi M, Haung XP, Slocum ST, Xiong Y, Hirabayashi T, Fujimoto A, Mimura K, English JG, Liu J, Inoue K, Kumata K, Seki C, Ono M, Shimojo M, Zhang MR, Tomita Y, Suhara T, Takada M, Higuchi M, Jin J, Roth BL, Minamimoto T
  • 学会等名: Brain and BrainPET 2019
  • 国際学会
• [図書] 実践Data Scienceシリーズ データ分析のためのデータ可視化入門 (2021)
  • 著者名/発表者名: キーラン・ヒーリー、瓜生 真也、江口 哲史、三村 喬生
  • 総ページ数: 368
  • 出版者: 講談社
  • ISBN: 4065164044