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2011 年度 実績報告書

脳神経回路の同期の生成崩壊に基づく認知情報生成機構の解明

計画研究

研究領域ヘテロ複雑システムによるコミュニケーション理解のための神経機構の解明
研究課題/領域番号 21120005
研究機関独立行政法人理化学研究所

研究代表者

山口 陽子  独立行政法人理化学研究所, 創発知能ダイナミクス研究チーム, チームリーダー (00158122)

研究分担者 北城 圭一  独立行政法人理化学研究所, 認知機能表現研究チーム, 副チームリーダー (70302601)
川崎 真弘  独立行政法人理化学研究所, 脳リズムモデル連携ユニット, 研究員 (40513370)
キーワード脳波 / リズム / 同期 / 振動神経回路 / 位相固定 / TMS / 作業記憶 / 協力行動
研究概要

本研究では脳高次機能におけるヘテロなリズム回路の同期原理を確立するために、ヒト脳波のモデル化による理論的検討を行い、さらに脳波同期を実験的に操作する手法を導入することを目的とした。方法として、一人の人間の脳内の同期回路としての解明、経頭蓋磁気刺激(TMS)を用いてヒトの脳活動に干渉しながら脳波測定をすることで、同期の因果性を解明する手法とする。さらにコミュニケーションする二人の脳についてリズム回路の生成崩壊について解析してコミュニケーションの神経機構を解明する。得られた成果は次の通り。
1 作業記憶課題では、記憶バッファー部位と前頭部とがアルファリズムとシータリズムの位相固定で動的にリンクするが、さらに金銭報酬による同期づけや刺激のカラーの嗜好により記憶要領が増大し、その増大をもたらす神経機構としてベータとシータの位相固定、シータの振幅増加が発生することを見いだした。全体として作業記憶回路のリズムによる階層的な制御機構が明らかになった。同期制御の理論モデルについても検討した。
2 弱い単発TMS印加での局所振動の位相反応曲線の解析、強いTMS印加での位相リセット、振幅変化の伝搬解析、さらには2連発TMSでの周波数特異的な制御可能性を検証した。
3 二人交互のボタン押し課題について17組の実験を実施し、脳波を測定して、二人の間に協力的に生まれるリズムと、それに対応する脳波成分について解析した。リズム間隔が揃う場合と揃わない場合で、分けて脳波を解析したところ、揃う方では自分のタップ、相手のタップ双方にミュー波の脱同期が見られた。また、タッピングの時系列について、位相応答曲線を用いて解析したところ、二人の間でほぼ反転するリズムの位相固定が生じていることがわかった。間隔を揃えるためのミューリズムと行動リズムの間の関係を今後検討する。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

3つの項目について、おおむね期待された結果がでた。他の班との協力を含めて、理論、実験の研究が順調に進んでいる。

今後の研究の推進方策

一人の脳の中でのシータ、アルファ、ベータといった複数のリズムの回路の同期生成の計算論的な役割を解明する。それをもとに二人の交互タッピング課題での協調生成における二人の脳の同期活動のメカニズムと役割について解明する。同領域の他の班とも協力することで、理論モデル作成や、人間集団のコミュニケーションの理解に役立てる方向性についても探る。

  • 研究成果

    (14件)

すべて 2013 2012 2011 その他

すべて 雑誌論文 (3件) 学会発表 (10件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Frontal theta and beta synchronizations for monetary reward increase visual working memory capacity2013

    • 著者名/発表者名
      M Kawasaki, Y Yamaguchi
    • 雑誌名

      Social cognitive and affective neuroscience

      巻: 8(5) ページ: 523-530

    • DOI

      10.1093/scan/nss027

  • [雑誌論文] Effects of subjective preference of colors on attention-related occipital theta oscillations2012

    • 著者名/発表者名
      M Kawasaki, Y Yamaguchi
    • 雑誌名

      NeuroImage

      巻: 59(1) ページ: 808-814

    • DOI

      10.1016/j.neuroimage.2011.07.042

  • [雑誌論文] 二者交互タッピングにおける協調リズムの生成-位相応答曲線モデルを用いた解析2012

    • 著者名/発表者名
      程殷杰・川崎真弘・北城圭一・山口陽子
    • 雑誌名

      IEICE信学技法

      巻: 111 ページ: 111-116

  • [学会発表] 脳のリズムとコミュニケーション2011

    • 著者名/発表者名
      山口陽子
    • 学会等名
      包括型脳科学研究推進支援ネットワーク夏のワークショップ新学術領域合同シンポジウム:リアリティを生み出し現実世界と関わる脳の働き
    • 発表場所
      神戸
    • 年月日
      2011-08-24
  • [学会発表] Dual EEG analyses for synchronized behaviors of two person during an alternately tapping2011

    • 著者名/発表者名
      M.Kawasaki, K.Kitajo, Y.Yamaguchi
    • 学会等名
      The 8th World Congress of International Brain Research Organization (IBRO)
    • 発表場所
      Florence, Italy(招待講演)
    • 年月日
      2011-07-18
  • [学会発表] Color preference affects the visual working memory capacity2011

    • 著者名/発表者名
      M.Kawasaki, Y.Yamaguchi
    • 学会等名
      4 The 17th Annual Meeting of Human Brain Mapping
    • 発表場所
      Quebec City, Canada
    • 年月日
      2011-06-30
  • [学会発表] A Model study on multiple frequency phase synchronization of human EEG2011

    • 著者名/発表者名
      Y.Yamaguchi, M.Kawasaki, K.Kitajo
    • 学会等名
      The 3rd International Conference on Cognitive Neurodynamics
    • 発表場所
      Niseko, Hokkaido
    • 年月日
      2011-06-13
  • [学会発表] A manipulative approach to neural dynamics by combined TMS-EEG. The 3rd International Conference on Cognitive Neurodynamcs2011

    • 著者名/発表者名
      K.Kitajo, Y.Nakagawa, Y.Uno, R.Miyota, M.Shimono, K.Yamanaka, Y.Yamaguchi
    • 学会等名
      The 3rd International Conference on Cognitive Neurodynamics
    • 発表場所
      Niseko, Hokkaido
    • 年月日
      2011-06-13
  • [学会発表] Ongoing global phase pattern and visual signal detection2011

    • 著者名/発表者名
      D.Shimaoka, K.Kitajo, K.Kaneko, Y.Yamaguchi
    • 学会等名
      The 3rd International Conference on Cognitive Neurodynamics
    • 発表場所
      Niseko, Hokkaido, Japan
    • 年月日
      2011-06-13
  • [学会発表] Prestimulus neural oscillations contribute to recollection and familiarity2011

    • 著者名/発表者名
      F.Kleberg, K.Kitajo, M.Kawasaki, Y.Yamaguchi
    • 学会等名
      The 3rd International Conference on Cognitive Neurodynamics
    • 発表場所
      Niseko, Hokkaido, Japan
    • 年月日
      2011-06-13
  • [学会発表] Human EEG : measurements and analyses in cognitive tasks2011

    • 著者名/発表者名
      M.Kawasaki
    • 学会等名
      4^<th> International Conference of Cognitive Science
    • 発表場所
      Teheran, Iran(招待講演)
    • 年月日
      2011-05-12
  • [学会発表] Introduction to Nonlinear Oscillations2011

    • 著者名/発表者名
      Y.Yamaguchi
    • 学会等名
      4^<th> International Conference of Cognitive Science
    • 発表場所
      Teheran, Iran(招待講演)
    • 年月日
      2011-05-11
  • [学会発表] Synchronization of neural oscillations as a principle of adaptive cognitive functions in the brain2011

    • 著者名/発表者名
      Y.Yamaguchi
    • 学会等名
      4^<th> International Conference of Cognitive Science
    • 発表場所
      Teheran, Iran(招待講演)
    • 年月日
      2011-05-10
  • [備考]

    • URL

      http://dynamicbrain.neuroinf.jp/

URL: 

公開日: 2013-06-26  

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