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視覚質感から海馬空間表象への脳内変換機構の解明

公募研究

研究領域実世界の奥深い質感情報の分析と生成
研究課題/領域番号 21H05831
研究種目

学術変革領域研究(A)

配分区分補助金
審査区分 学術変革領域研究区分(Ⅳ)
研究機関東京大学

研究代表者

北西 卓磨  東京大学, 大学院総合文化研究科, 准教授 (90722116)

研究期間 (年度) 2021-09-10 – 2023-03-31
研究課題ステータス 完了 (2022年度)
配分額 *注記
7,800千円 (直接経費: 6,000千円、間接経費: 1,800千円)
2022年度: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円)
2021年度: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円)
キーワード視覚質感 / 海馬 / 大規模神経活動計測 / 神経多様体 / 場所細胞 / 複合現実環境
研究開始時の研究の概要

「いま自分がどこにいるのか」という空間認識は、動物の生存に重要な脳機能である。ヒトを含む多くの動物は視覚を頼りに自己位置の推定をおこなう一方で、推定により生成された空間情報は高次脳領域である海馬に存在する。ところが、視覚に含まれる情報 ―とりわけ質感の情報― が、海馬の空間情報表現にどのように反映されるかはほとんど分かっていない。そこで本研究は、空間探索行動中の動物に、さまざまな質感の視覚情報を与えつつ、海馬とその関連領域において大規模な神経活動計測を実施する。これにより、視覚質感が海馬空間表象へと変換される深奥質感処理の実態を初めて明らかにする。

研究実績の概要

「いま自分がどこにいるのか」という空間認識は、動物の生存に重要な脳機能である。ヒトを含め多くの動物は視覚を頼りに自己位置の推定をおこなう一方、推定により生成された空間情報は高次脳領域である海馬に存在する。ところが、視覚に含まれる情報 ―とりわけ質感の情報― が、海馬の空間情報表現にどのように反映されるかはほとんど分かっていない。そこで本研究は、空間探索行動中の動物に対して、複合現実環境を用いてさまざまな質感の視覚情報を与えつつ、海馬と関連領域において大規模な神経活動計測を実施する。これにより、視覚野から海馬にいたる神経経路における視覚質感の処理過程を明らかにする。本研究は、視覚質感が海馬空間表象へと変換される深奥質感処理の実態を明らかにするものである。今年度は、前年度までにセットアップした複合現実環境を用いて、海馬や周辺脳領域の大規模神経活動計測を進めた。引き続き、活動計測を進めてデータ解析に供する。加えて、今年度は、神経細胞集団による情報表現を明らかにするため、神経多様体に着目した解析を進めた。その結果、海馬CA1野と (その1シナプス下流に位置する) 海馬台の神経細胞集団の活動は、共に低次元神経多様体を形成し、この神経多様体は複数種類の動物行動の情報 (場所・スピード・道順) を持つことを明らかにした。同時に、海馬台の神経多様体は、海馬CA1野のそれとは異なる性質 (次元数・多様体の形状・課題間共通性など) を持つことも明らかにした。したがって、海馬台は海馬CA1野から受け取った情報を独自の様式で処理して、海馬外の脳領域へと伝達することが示唆された。このような神経細胞集団のダイナミクスに着目した解析は、脳領域レベルの情報表現を明らかにするため重要なアプローチとなるであろう。

現在までの達成度 (段落)

令和4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4年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2022 実績報告書
  • 2021 実績報告書
  • 研究成果

    (11件)

すべて 2023 2022 2021 その他

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (7件) (うち国際学会 5件、 招待講演 1件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Oscillation-coordinated, noise-resistant information distribution via the subiculum2022

    • 著者名/発表者名
      Mizuseki Kenji、Kitanishi Takuma
    • 雑誌名

      Current Opinion in Neurobiology

      巻: 75 ページ: 102556-102556

    • DOI

      10.1016/j.conb.2022.102556

    • 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] Intersectional, anterograde transsynaptic targeting of neurons receiving monosynaptic inputs from two upstream regions2022

    • 著者名/発表者名
      Kitanishi Takuma、Tashiro Mariko、Kitanishi Naomi、Mizuseki Kenji
    • 雑誌名

      Communications Biology

      巻: 5 号: 1 ページ: 1-8

    • DOI

      10.1038/s42003-022-03096-3

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Monosynaptic connection from the subiculum to medial mammillary nucleus neurons projecting to the anterior thalamus and Gudden’s ventral tegmental nucleus2021

    • 著者名/発表者名
      Umaba Ryoko、Kitanishi Takuma、Mizuseki Kenji
    • 雑誌名

      Neuroscience Research

      巻: - ページ: 1-8

    • DOI

      10.1016/j.neures.2021.01.006

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] 海馬台における多様な空間情報を表現する神経多様体2023

    • 著者名/発表者名
      中井槙也、北西卓磨、水関健司
    • 学会等名
      第100回日本生理学会大会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 2領域から単シナプス入力を受ける神経細胞の標識・操作法2022

    • 著者名/発表者名
      北西卓磨、田代麻里子、北西なおみ、水関健司
    • 学会等名
      第45回日本神経科学大会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 海馬台における空間情報を表現する神経多様体2022

    • 著者名/発表者名
      中井槙也、北西卓磨、水関健司
    • 学会等名
      第45回日本神経科学大会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 海馬台からの経路選択的な空間情報の送出2021

    • 著者名/発表者名
      北西卓磨、馬場良子、水関健司
    • 学会等名
      第44回日本神経科学大会 (神戸)
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 視覚質感から海馬空間表象への脳内変換機構の解明2021

    • 著者名/発表者名
      北西卓磨
    • 学会等名
      学術変革領域 (A)「実世界の奥深い質感情報の分析と生成」第2回領域会議 (Web)
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 海馬台からの経路選択的な情報送出:投射先を光同定した大規模活動計測による解析2021

    • 著者名/発表者名
      北西卓磨
    • 学会等名
      第59回日本生物物理学会年会「多様な光受容体とオプトジェネティクスの最前線」(Web)
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 海馬から海馬外への経路選択的な空間情報の送出2021

    • 著者名/発表者名
      北西卓磨
    • 学会等名
      生理学研究所研究会「大脳皮質を中心とした神経回路:構造と機能、その作動原理」(岡崎、web)
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 招待講演
  • [備考] https://researchmap.jp/tkitanishi/

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書

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公開日: 2021-10-22   更新日: 2023-12-25  

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