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2009 年度 実績報告書

系列反応潜時課題学習に伴う脳機能地図の動態の解明

研究課題

研究課題/領域番号 19500262
研究機関東北大学

研究代表者

松坂 義哉  東北大学, 大学院・医学系研究科, 助教 (30312557)

研究分担者 嶋 啓節  東北大学, 大学院・医学系研究科, 助教 (60124583)
キーワード内側前頭前野 / ニューロン / 競合解決 / 高次中枢機能 / サル / 補足運動野 / 前補足運動野
研究概要

競合解決課題を遂行しているサルのニューロン活動を記録する実験によって、前頭前野の後内側部(以下、pmPFCと略す)に上肢の運動に関連した領域が状況依存的に出現・消滅することを発見した。pmPFCのニューロン群は、競合・無競合試行が混在する条件下(mixed condition)では上肢の運動に関連して活動するが、課題の全試行を無競合試行だけにしても、競合試行だけにしても(single condition)活動しなくなる。こうしたことから、pmPFCは競合ありとなしの場合で異なる行動戦略を随時使い分けなくてはならない時に行動制御に参加すると考えられ、"反応選択の仕方を選択"するという、いわばメタなレベルでの行動制御に関与している事が窺われる。今年度は、こうした今までの所見の蓄積を踏まえて以下の3つの観点からデータの再解析、及び発展研究を実施した。(1).認知負荷依存的な神経回路網の最適化:上記の様にpmPFCは課題条件によって動的に活性化・不活性化する。そこで、そのpmPFCからの入力を受ける皮質運動野、具体的には前補足運動野、補足運動野(以下、それぞれpre-SMA,SMAと略す)の神経回路がどのように最適化されるか、neuron dropping analysisと呼ばれる手法によって解析した。その結果、SMAにおいては上記single conditionではmixed conditionに比べて、より少数のニューロン活動で正確に正解となる反応を表現できている事が明らかとなり、認知条件によって動的に神経回路網が最適化されている証拠が得られた。(2).カオス理論によるニューロン活動の解析・モデル化:東京大学・合原一幸教授らとの共同研究によりpmPFCニューロンのスパイク活動がカオス理論で説明できることを見出した。このことは初期状態の僅かな違いによって未来の状態が大きく変化することを意味し、一つのニューロンが多面的に情報を表現しうる可能性を理論的に示した。(3).冒頭の如くpmPFCは競合の有無によって反応選択の仕方を随時使い分けるプロセスに関与していると考えられる。そこで予め競合の有無をサルに告知しておけばpmPFCは活動しないだろうとの予測に基づいて追加実験を実施し、前期の仮説を補強する結果を得た。

  • 研究成果

    (10件)

すべて 2010 2009 2008

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (7件)

  • [雑誌論文] Cannula-aided penetration : a simple method to insert structurally weak electrodes into brain through the dura mater.2009

    • 著者名/発表者名
      Yoshiya Matsuzaka, Kazuhiro Sakamoto, Tetsu Tanaka, Yoshihito Furusawa, Hajime Mushiake
    • 雑誌名

      Neuroscience Research 65

      ページ: 126-129

    • 査読あり
  • [雑誌論文] A simple device allowing silicon microelectrode insertion for chronic neural recording in primates2009

    • 著者名/発表者名
      Sakamoto, K.Matsuzaka, Y.Suenaga, T.Watanabe, H.Kobayashi, R.Fukushima, T.Katayama, N.Tanaka, T.Koyanagi, M.Mushiake, H.
    • 雑誌名

      Neural Engineering

      ページ: 104-107

  • [雑誌論文] Development of double-sided Si neural probe with microfluidic channels using wafer direct bonding technique2009

    • 著者名/発表者名
      Kobayashi, R., Kanno, S., Lee, S., Fukushima, T., Sakamoto, K., Matsuzaka, Y., Katayama, N., Mushiake, H., Koyanagi, M., Tanaka, T.
    • 雑誌名

      Neural Engineering

      ページ: 96-99

  • [学会発表] Chaos may facilitate decision making in the prefrontal cortex2010

    • 著者名/発表者名
      Yoshito Hirata, Yoshiya Matsuzaka, Hajime Mushiake, Kazuyuki Aihara
    • 学会等名
      Computational and Systems Neuroscience 2010
    • 発表場所
      Saltlake, Utah, USA
    • 年月日
      2010-02-25
  • [学会発表] カニクイサルを用いた視機能評価2009

    • 著者名/発表者名
      菅野江里子, 富田浩史, 姫志剛, 松坂義哉, 虫明元, 砂金ひとみ, 廣井照, 八尾寛, 玉井信
    • 学会等名
      第63回日本臨床眼科学会総会
    • 発表場所
      福岡市
    • 年月日
      2009-10-09
  • [学会発表] Uncertainty, not the presence, of response conflict activates the primate medial prefrontal cortex during the selection of actions2009

    • 著者名/発表者名
      Y.Matsuzaka, H.Mushiake, J.Tanji
    • 学会等名
      日本神経科学学会
    • 発表場所
      名古屋市
    • 年月日
      2009-09-19
  • [学会発表] 霊長類カニクイサルの視覚評価2009

    • 著者名/発表者名
      菅野江里子, 富田浩史, 姫志剛, 砂金ひとみ, 松坂義哉, 虫明元, 廣井照, 王卓, 玉井信
    • 学会等名
      日本動物学会大80回大会
    • 発表場所
      静岡市
    • 年月日
      2009-09-17
  • [学会発表] A simple device allowing silicon microelectrode insertion for chronic neural recording in primates2009

    • 著者名/発表者名
      Sakamoto K, Matsuzaka Y, Suenaga T, Watanabe H, Kobayashi R, Fukushima T, Katayama N, Tanaka T, Koyanagi M, Mushiake H
    • 学会等名
      The 4th International IEEE EMBS Conference on Neural Engineering
    • 発表場所
      Antalya, Turky
    • 年月日
      2009-04-29
  • [学会発表] Development of Double-sided Si Neural Probe with Microfluidic Channels Using Wafer Direct Bonding Technique2009

    • 著者名/発表者名
      R.Kobayashi, S.Kanno, S.Lee, T.Fukushima, K.Sakamoto, Y.Matsuzaka, N.Katayama, H.Mushiake, T.Tanaka, M.Koyanagi
    • 学会等名
      The 4th International IEEE EMBS Conference on Neural Engineering
    • 発表場所
      Antalya, Thrkey
    • 年月日
      2009-04-29
  • [学会発表] in-vivo神経細胞活動記録用両面電極つきSiプローブの開発(30p-ZL-7)2008

    • 著者名/発表者名
      李相勲, 小林吏悟, 菅野壮一郎, 福島誉史, 坂本一寛, 松坂義哉, 片山統裕, 虫明元, 田中徹, 小柳光正
    • 学会等名
      第56回応用物理学関係連合講演会
    • 発表場所
      つくば市
    • 年月日
      2008-03-31

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公開日: 2011-06-16   更新日: 2016-04-21  

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