化学遺伝学操作による情動的質感認知の解明

• 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: 21H05836
• 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: 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: 宮川 尚久 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 量子医科学研究所 脳機能イメージング研究部, 主任研究員 (60415312)
• 研究期間 (年度): 2021-09-10 – 2023-03-31
• 研究課題ステータス: 採択後辞退 (2022年度)
• 配分額: 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: 顔 / アバター / ランドマーク / 画像抽出 / 霊長類 / 視覚 / 神経操作 / 画像解析

研究開始時の研究の概要

情動を司る扁桃体と高次視覚野の協調活動が果たす役割を探るため、ヒト同様視覚認知機能が発達したマカクザルを対象とし、これまで難しかった非ヒト霊長類の情動表出の定量的な観察を、最新のAI技術を用いた表情観察により実現する。また申請者らがこれまで開発した広範囲で神経活動を計測するECoG記録法と最新の化学遺伝学による脳活動操作法の融合技術によりアプローチする。

研究実績の概要

哺乳類の豊富な情動は自律神経応答以外に顔の表情にも表れる(Dolensekら2020) 。初年度は、個体の情動表出を自動的に定量化するシステムの構築を目的とし、まず実験対象であるサルに惹起される情動『内的情動ラベル』を、表情から読み出す手法の確立を目指した。具体的には高精度化したサル顔のCG3次元モデル(アバター, Murphyら2019)内の、特定の表情を持つアバター動画セットを用いて、表情から情動価を自動的に抽出する『表情判別機』をトレーニングし、サルの実動画からヒトの鑑別と同様の表情判別が出来ることを目標とした。まず初めに、限られたデータセットで安定したデータ抽出を行うためのデータ圧縮として、顔の動画から重要なランドマーク抽出を行った。深層学習を用いてマーカーレスで生体の動画からランドマーク抽出するDeepLabCutの、サル顔に特化したprimate_face (http://www.mackenziemathislab.org/dlc-modelzoo)を活用し、情動価の高いサルアバターの表情動画、および実験室で撮影した情動価の高いサルの表情動画より顔のランドマークの抽出に成功した。次にネズミの瞳孔輪郭抽出を行うDeepLabCutのmouse_pupil_vcloseを用い、サルの高情動価動画から瞳孔径抽出を試みたが、こちらは眼球そのものの輪郭を捉えてしまった。今後の方針としては１)mouse_pupil_vcloseをサルの眼球画像で追加トレーニングしサル動画の瞳孔輪郭抽出精度を上げる、2)既存の眼球トラッカーを用いて瞳孔径抽出を行う、などの方法で表情動画から瞳孔径を含む情動価に感度の高いランドマークを抽出し、『表情判別機』の作成に繋げる。

現在までの達成度 (段落)

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

今後の研究の推進方策

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Chronic Behavioral Manipulation via Orally Delivered Chemogenetic Actuator in Macaques (2022)
  • 著者名/発表者名: Oyama Kei、Hori Yukiko、Nagai Yuji、Miyakawa Naohisa、Mimura Koki、Hirabayashi Toshiyuki、Inoue Ken-ichi、Takada Masahiko、Higuchi Makoto、Minamimoto Takafumi
  • 雑誌名: The Journal of Neuroscience 巻: 42 号: 12 ページ: 2552-2561
  • DOI: 10.1523/jneurosci.1657-21.2021
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Chemogenetic dissection of the primate prefronto-subcortical pathways for working memory and decision-making (2021)
  • 著者名/発表者名: Oyama Kei、Hori Yukiko、Nagai Yuji、Miyakawa Naohisa、Mimura Koki、Hirabayashi Toshiyuki、Inoue Ken-ichi、Suhara Tetsuya、Takada Masahiko、Higuchi Makoto、Minamimoto Takafumi
  • 雑誌名: Science Advances 巻: 7 号: 26 ページ: 1-9
  • DOI: 10.1126/sciadv.abg4246
  • NAID: 120007089253
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Chemogenetic suppression of pharmacologically induced frontal lobe epilepsy in a macaque monkey (2021)
  • 著者名/発表者名: ?サソMiyakawa N, Nagai Y, Kawasaki K, Hori Y, Oyama K, Orihara A, Matsuo T, Suzuki T, Inoue K, Takada M, Suhara T, Higuchi M, Minamimoto T
  • 学会等名: 2021 American Epilepsy Society Annual Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] Chemogenetic suppression of pharmacologically-induced epilepsy in a macaque monkey (2021)
  • 著者名/発表者名: Miyakawa N, Nagai Y, Kawasaki K, Hori Y, Oyama K, Orihara A, Matsuo T, Suzuki T, Inoue K, Takada M, Suhara T, Higuchi M, Minamimoto T
  • 学会等名: 44th Annual Meeting of the Japan Neuroscience Society
  • 国際学会
• [学会発表] Effects of differences in facial surface properties on temporal cortical neuronal activity and discrimination learning in macaque monkeys (2021)
  • 著者名/発表者名: Kazuko Hayashi, Narihisa Matsumoto, Keiji Matsuda, Kenichiro Miura, Shigeru Yamane, Shin Matsuo, Keiji Yanai, Mark A. G. Eldridge, Richard C. Saunders, Barry J. Richmond, Yuji Nagai, Naohisa Miyakawa, Takafumi Minamimoto, Masato Okada, Kenji Kawano, Yasuko Sugase-Miyamoto
  • 学会等名: 44th Annual Meeting of the Japan Neuroscience Society
  • 国際学会
• [産業財産権] 人工受容体に結合する新規化合物、人工受容体のイメージング方法、アゴニストまたはアンタゴニスト、治療薬、コンパニオン診断薬、神経細胞のイメージング方法 (2021)
  • 発明者名: 南本敬史, 永井裕司, 季斌, 宮川尚久, 樋口真人, 須原哲也
  • 権利者名: 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構
  • 産業財産権種類: 特許
  • 出願年月日: 2021
  • 取得年月日: 2021