大脳メタ記憶神経回路の解明：光遺伝学による内省の因果的制御

2017 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 17H06161
• 研究機関: 順天堂大学
• 研究代表者: 宮下 保司 順天堂大学, 医学(系)研究科(研究院), 特任教授 (40114673)
• 研究分担者: 内山 安男 順天堂大学, 医学部, 特任教授 (10049091) ; 大木 研一 東京大学, 大学院医学系研究科(医学部), 教授 (50332622) ; 小西 清貴 順天堂大学, 医学(系)研究科(研究院), 教授 (90323609)
• 研究期間 (年度): 2017-05-31 – 2022-03-31
• キーワード: 認知神経科学 / 磁気共鳴機能画像法 / 磁気刺激法 / 記憶 / 霊長類

研究実績の概要

第１に、まず、サルに遂行可能なメタ記憶課題（確信度判定課題： 自分の記憶がどの程度正しいか、に関する自己の確信の程度を問うメタ認知課題。非言語的報告が可能）を開発してメタ記憶がヒト固有の能力ではないことを実証した。そして、fMRI法と薬理学的な大脳局所不活性化法を用いて、記憶内容そのものの処理と独立したメタ記憶中枢が大脳前頭葉（９野）に存在することを発見した。ソクラテスの唱えた「無知の知」に代表されるような、自分自身が経験したことのない出来事に対してメタ認知評価を行う心のはたらき（メタ記憶機能の中でも特に高度な心的機能と考えられる）について、このメタ記憶課題を用いて、サルが未経験の出来事に対して確信度判断を行いうることを実証し、大脳皮質前頭葉のうちでも最前方に位置する前頭極（10野）が、未経験の出来事への確信度判断の生成に因果的に寄与していることを発見した。第２に、目にした物体を見慣れているか否かという主観的判断がどのようにして大脳側頭葉の神経回路によって計算されるかを、レーザー光照射により側頭葉嗅周野記憶細胞の活動を選択的に活性化する光遺伝学的方法を用いることによって明らかにした。嗅周野ニューロンの活動が増加して“記憶にある”という情報の総和がある一定の閾値を超えることで『なじみ深い』という印象が生成される、との親近性／新奇性判断の神経情報処理モデルを導いた。更に、複数脳領域からの同時神経活動計測によって領野間のシグナル伝達回路とそれがtarget領域内の神経情報処理に与えるインパクトを明らかにした。

現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

第１のサルを被験者としたメタ記憶大脳神経回路解析については、進化的に最も新しい大脳領域である前頭極に「無知の知」に特化した神経基盤が存在することを明らかにしたことは予想以上の進捗であった（Miyamoto et al., Neuron 97, 980-989, 2018）。第２の記憶実行システム回路解析についても、上記のように大きな進捗があった(Tamura et al., Science 357, 687-692, 2017)。サルを被験者とした認知課題において、光遺伝学的方法によって行動上の大きな変容をもたらすことに成功したこの成果は、世界をリードする先進的なものであり、予想以上の進捗であると評価できる。これらの成果をまとめた総説を準備中である（Miyashita, Nature Rev. Neurosci., in revision, 2019）。

今後の研究の推進方策

第一に、サルを被験者とした大脳記憶大域神経回路解析を進める。ことに従来計測されていなかった報酬獲得時におけるメタ記憶信号の解析を進める。この試みにおいては、報酬信号自体との分離が克服すべき課題となっている。また、複数脳領域からの同時神経活動計測を推進して、論文発表までもっていきたい。更に、光遺伝学的実験に関して抑制性介入の基礎実験を引き続き追及する。バイラスによって導入された光遺伝学素子ArchTによる抑制作用における赤色シフト刺激の有効性確立を目指す。594nmレーザー光が、大脳皮質内のHb/HbO2による減衰を受けにくいことを立証したい。
第二に、サルを用いた実験の成果をヒト被験者を対象とした更に複雑な認知課題に拡張するプロジェクトを昨年度に引き続き進める。ヒトを被験者とする場合は介入実験手法として磁気刺激法が有効であるので、この実験システムの有効性を確立された行動パラダイムで確認するとともに、臨床データにタグ付けされた被験者群で解析を行い、ヒト脳高次機能の個人特性の身体的起源を追求したい。

研究成果

• [雑誌論文] Reversible Silencing of the Frontopolar Cortex Selectively Impairs Metacognitive Judgment on Non-experience in Primates (2018)
  • 著者名/発表者名: Miyamoto Kentaro、Setsuie Rieko、Osada Takahiro、Miyashita Yasushi
  • 雑誌名: Neuron 巻: 97 ページ: 980～989
  • DOI: 10.1016/j.neuron.2017.12.040
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Conversion of object identity to object-general semantic value in the primate temporal cortex (2017)
  • 著者名/発表者名: Tamura Keita、Takeda Masaki、Setsuie Rieko、Tsubota Tadashi、Hirabayashi Toshiyuki、Miyamoto Kentaro、Miyashita Yasushi
  • 雑誌名: Science 巻: 357 ページ: 687～692
  • DOI: 10.1126/science.aan4800
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Beyond memory circuits: Origin of our metamemory and self-reflection. (2018)
  • 著者名/発表者名: Miyashita Yasushi
  • 学会等名: 第41回日本神経科学大会
  • 招待講演
• [学会発表] Causally essential neural network for performing metacognitive judgement on experience and ignorance in primates. (2018)
  • 著者名/発表者名: Miyamoto Kentaro、Setsuie Rieko、Osada Takahiro、Miyashita Yasushi
  • 学会等名: The Society for Neuroscience’s 48th Annual Meeting.
  • 国際学会
• [学会発表] ArchT-mediated optogenetic inhibition in vivo by red-shifted off-peak 594 nm light compared with that by on-peak 532 nm light. (2017)
  • 著者名/発表者名: Setsuie Rieko、Tamura Keita、Takeda Masaki、Miyamoto Kentaro、Miyashita Yasushi
  • 学会等名: 第40回日本神経科学大会