意志決定と学習の神経機構

2001 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 12210016
• 研究機関: 順天堂大学
• 研究代表者: 彦坂 興秀 順天堂大学, 医学部, 教授 (70120300)
• 研究分担者: 佐藤 真琴 順天堂大学, 医学部, 助手 (90255688) ; 川越 礼子 順天堂大学, 医学部, 助手 (30138250) ; 滝川 順子 順天堂大学, 医学部, 助手 (90053339) ; 坂上 雅道 玉川大学, 学術研究所, 助教授 (10225782)
• キーワード: 大脳基底核 / 尾状核 / 眼球運動 / 単一ニューロン活動 / 報酬 / 動機づけ / 学習 / 視覚性応答

研究概要

意志決定は理性的にも感情的にも行われる。感情的な意志決定のなかでは、特に、報酬にもとづく動機づけの関与が大きい。我々は、その神経機構を調べるために、1方向のみで報酬が得られる眼球運動(サッカード)課題(1DR)を考案してサルに訓練し、大脳基底核のいくつかの核の単一ニューロン活動の記録を行った。まず最初に、この課題によってサルの動機づけが変化するかどうかを調べるために、サッカードの運動特性を調べた。その結果、報酬が得られる場合にはサッカードの速度が大きく、潜時が短いことがわかった。サッカードの大きさは変わらなかったが、報酬が得られる場合の方が分散が小さく、より正確だった。この結果から、動機づけという心的現象が、サッカードの運動パラメータとして客観的に表現されることが示された。では、このような動機づけによるサッカードパラメータの変化は、脳のどの領域の機能の表現なのだろうか。我々は大脳基底核がその有力候補と考え、その仮説を検証するための実験を行っている。大脳基底核は、尾状核-黒質網様部-上丘という直列的抑制回路によって主にサッカードの発現を制御している。まず、尾状核の単一ニューロン活動を行った。尾状核のGABA作動性出力ニューロンが、1DRにおいて報酬の有無によって視覚性応答を強く変えることはすでに報告した。今回は、尾状核のおそらくAch作動性介在ニューロンの性質を調べた。その結果、出力ニューロンとは異なり、報酬の有無による視覚性応答の変化は非常に少なかった。それにたいして、報酬が常に与えられる場合(ADR課題)と部分的にしか与えられない場合(1DR課題)で視覚性応答の有意な差が見られた。これらの結果から、動機づけによる行動の変化が大脳基底核の中の階層的なメカニズムおこることが示唆された。

研究成果

• [文献書誌] Nakahara H, Doya K, Hikosaka O: "Parallel cortico-basal ganglia mechanisms for acquisition and execution of risuomotor sequences-A computational approach"J. Cog. Neurosci.. 13. 1-22 (2001)
• [文献書誌] Sakagami M, Tsutsui K-1, Lauwereyns J, Koizumi M, Kobayashi S, Hikosaka O: "A code for behavioral inhibition on the basis of color, but not motion, in ventrolateral prefrontal cortex of macaque monkey"J. Neurosci. 21. 4801-4808 (2001)
• [文献書誌] Lauwereyns J, Sakagami M, Tsutsui K-1, Kobayashi S, Koizumi M, Hikosaka O: "Responses to task-irrelevant visual by primate prefrontal neurons"J. Neurophysiol. 86. 2001-2010 (2001)
• [文献書誌] Shimo Y, Hikosaka O: "Role of tonically active neurons in primate caudate in reward-oriented saccadic eye movement"J. Neurosci.. 21. 7804-7814 (2001)
• [文献書誌] Takikawa Y, Kawagoe R, Hikosaka O: "Reward-dependent spatial selectivity of anticipatory activity in monkey neurons"J. Neurophysiol.. 87. 508-515 (2002)
• [文献書誌] Takikawa Y, Kawagoe R, Ito H, Nakahara H, Hikosaka O: "Modulation of saccadic eye movements by predicted reward outcome"Exp. Brain Res.. 142. 284-291 (2002)
• [文献書誌] Lauwereyns J, Takikawa Y, Kawagoe R, Kobayashi S, Koizumi M, Coe B, Sakagami M, Hikosaka O: "Feature-based anticipation of cues that predict reward in monkey caudate nucleus"Neuron. 33. 463-473 (2002)
• [文献書誌] Kobayashi S, Lauwereyns J, Koizumi M, Sakagami M, Hikosaka O: "Influence of reward expectation on visuospatial processing in macaque latelal prefrontal cortex"J. Neurophysiol.. (in press). (2002)
• [文献書誌] Lu X, Matsuzawa M, Hikosaka O: "A neural correlate of oculomotor sequences in supplementary eye field"Neuron. (in press). (2002)
• [文献書誌] Sato M, Hikosaka O: "Role of primate substantia nigra pars reticulata in reward-oriented saccadic eye"J. Neurosci. (in press). (2002)
• [文献書誌] Nakahara H, Amari S, Hikosaka O: "Self-organization in the basal ganglia with modulation of reinforcement signals"Neural Computation. (in press). (2002)