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2023 年度 実績報告書

多階層光遺伝学による大脳皮質の認知・学習機構の解明

研究課題

研究課題/領域番号 19H05642
研究機関東京大学

研究代表者

大木 研一  東京大学, 大学院医学系研究科(医学部), 教授 (50332622)

研究分担者 松井 鉄平  同志社大学, 脳科学研究科, 教授 (10725948)
研究期間 (年度) 2019-06-26 – 2024-03-31
キーワード視覚野 / イメージング / 光遺伝学 / 神経回路 / 情報処理
研究実績の概要

昨年度、マウスに新規図形のペア(図形A、B)を提示し、図形Aを提示しているときに舌を出すと水が貰え、図形Bを提示しているときは貰えないというタスクを学習させ、このタスクを学習しているときの視覚野の反応性の変化を継時的に観察したところ、報酬と結びついた図形に対する反応が変化しないのに対して、報酬と結びつかない図形に対する反応が低下していき、図形間の反応の差が拡大してくことが観察された。反応の差が拡大は、視覚野全体にみられるのではなく、その一部に限局して見られることがわかった。
本年度は、全脳の神経活動を計測しつつ脳の任意の場所を局所的に不活性化する方法を開発し、どの部位を不活性化したときに課題成績への影響が大きいかをマッピングし、課題成績への影響が大きい場所と、反応の差が拡大した領域が対応するかどうかを調べた。図形弁別課題を学習後のマウスについて、課題遂行に対して、どこの領野を不活性化したときに成績が最も大きく低下するかを検証した。V1の一部またはLM、ALの一部を抑制した際に、報酬刺激への行動応答(go応答)が大きく減少した。この領域は、前年度明らかにした報酬刺激と無報酬刺激の差が顕著な領域に対応していた。一方、無報酬刺激への行動抑制(nogo応答)は視覚野付近の光抑制では阻害されなかった。この結果から、視覚野の一部の神経活動のみが図形弁別時の行動の実行に使われていることが示唆された。さらに視覚野以外の領域に対する光抑制を行ったところ、二次運動野付近で無報酬刺激への行動抑制が阻害される傾向が見られた。これらの結果より、報酬刺激への行動応答と無報酬刺激への行動抑制は異なる脳領域・経路で制御されている可能性が示唆された

現在までの達成度 (段落)

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (21件)

すべて 2023

すべて 雑誌論文 (7件) (うち査読あり 7件) 学会発表 (14件) (うち招待講演 7件)

  • [雑誌論文] Evaluation of the Hierarchical Correspondence between the Human Brain and Artificial Neural Networks: A Review.2023

    • 著者名/発表者名
      Pham TQ, Matsui T, Chikazoe J
    • 雑誌名

      Biology (Basel)

      巻: 12(10) ページ: 1330

    • DOI

      10.3390/biology12101330.

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Adversarial attacks and defenses using feature-space stochasticity.2023

    • 著者名/発表者名
      Jumpei Ukita, Kenichi Ohki,
    • 雑誌名

      Neural Networks

      巻: 167 ページ: 875-889

    • DOI

      10.1016/j.neunet.2023.08.022

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Ketamine-induced 1-Hz oscillation ofspontaneous neural activity is not directly visible in the hemodynamics.2023

    • 著者名/発表者名
      Ruixiang Li, Kenichi Ohki, Teppei Matsui,
    • 雑誌名

      Biochemical and Biophysical Research Communications

      巻: 678 ページ: 102-108

    • DOI

      10.1016/j.bbrc.2023.08.034

    • 査読あり
  • [雑誌論文] A method for reconstruction of interpretable brain networks from transientsynchronization in resting-state BOLD fluctuations.2023

    • 著者名/発表者名
      Noro Y, Li R, Matsui T, Jimura K
    • 雑誌名

      Front Neuroinform

      巻: 12;16 ページ: 960607

    • DOI

      10.3389/fninf.2022.960607.

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Static and Dynamic Functional Connectivity Alterations in Alzheimer's Disease and Neuropsychiatric Diseases.2023

    • 著者名/発表者名
      Matsui T, Yamashita KI,
    • 雑誌名

      Brain Connect

      巻: 13(5) ページ: 307-314.

    • DOI

      10.1089/brain.2022.0044

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Age‐associated reduction of nuclear shape dynamics in excitatory neurons of the visual cortex.2023

    • 著者名/発表者名
      Tanita Frey, Tomonari Murakami, Koichiro Maki, Takumi Kawaue, Naoki Tani, Ayaka Sugai, Naotaka Nakazawa, Keiichiro Ishiguro, Taiji Adachi, Mineko Kengaku, Kenichi Ohki, Yukiko Gotoh, Yusuke Kishi,
    • 雑誌名

      Aging Cell

      巻: 22(9) ページ: 13925

    • DOI

      10.1111/acel.13925

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Thalamocortical circuits for the formation of hierarchical pathways in the mammalian visual cortex.2023

    • 著者名/発表者名
      Tomonari Murakami, Kenichi Ohki ,
    • 雑誌名

      Frontiers in neural circuits

      巻: 17 ページ: 1155195-1155195

    • DOI

      10.3389/fncir.2023.1155195

    • 査読あり
  • [学会発表] Modular strategy for development of the hierarchical visual system2023

    • 著者名/発表者名
      Ohki K
    • 学会等名
      iPlasticity 8211; IRCN International
    • 招待講演
  • [学会発表] Noise in the Brain and AI2023

    • 著者名/発表者名
      Ohki K
    • 学会等名
      The 3rd International Symposium of the Institute for AI and Beyond
    • 招待講演
  • [学会発表] Cerebral Cortex and AI2023

    • 著者名/発表者名
      Ohki K
    • 学会等名
      The 100th Anniversary Annual Meeting of The Physiological Society of Japan, AI technology pioneers a new era of medicine, physiology, and life sciences
    • 招待講演
  • [学会発表] Development of 2-photon functional imaging and study of functional architecture of visual cortex2023

    • 著者名/発表者名
      Kenichi Ohki
    • 学会等名
      Nakaakira Tsukahara Memorial Award Lecture The 46th Annual Meeting of Japan Neuroscience Society
    • 招待講演
  • [学会発表] Neuronal activity that allows us to perceive familiar images even at low contrast2023

    • 著者名/発表者名
      Kimura R, Ohki K, Yoshimura Y
    • 学会等名
      3rd International Symposium on Brain Information Dynamics 2023
    • 招待講演
  • [学会発表] A neural mechanism underlying the perception of low-contrast familiar objects2023

    • 著者名/発表者名
      Kimura R, Ohki K, Yoshimura Y
    • 学会等名
      5th Stockholm-Tokyo Workshop 2023: Research Theme 1 The Brain and Society
    • 招待講演
  • [学会発表] Synaptic organization of simple and complex cells in the mouse primary visual cortex2023

    • 著者名/発表者名
      Fukuda Y, Kondo S, Ohki K
    • 学会等名
      The 100th Anniversary Annual Meeting of The Physiological Society of Japan
  • [学会発表] Neural activity that enables stable behavioral output even when visual input changes slightly2023

    • 著者名/発表者名
      Kimura R, Yoshimura Y, Ohki K
    • 学会等名
      The 100th Anniversary Annual Meeting of The Physiological Society of Japan
    • 招待講演
  • [学会発表] Auditory responses in a visual area representing object size in the mouse temporal cortex2023

    • 著者名/発表者名
      Yuto Oyamada, Nana Nishio, Kenichi Ohki
    • 学会等名
      第46回日本神経科学大会
  • [学会発表] An association between a visual area representing object size in the mouse temporal cortex and approach / vigilance behaviors2023

    • 著者名/発表者名
      Nana Nishio, Katsuei Shibuki, Kenichi Ohki
    • 学会等名
      第46回日本神経科学大会
  • [学会発表] Neural activity underlying the local cue detection during visual discrimination in mouse visual cortex2023

    • 著者名/発表者名
      Kumiko Saitou, Takashi Yoshida, Kenichi Ohki
    • 学会等名
      第46回日本神経科学大会
  • [学会発表] Visual-somatosensory integration in the dorsal visual areas of adult mice.2023

    • 著者名/発表者名
      Mengyuan Chen, Tomonari MurakamiKenichi Ohki K,
    • 学会等名
      第46回日本神経科学大会
  • [学会発表] A visual area representing object size in the mouse temporal cortex is involved in approach / vigilance behavior2023

    • 著者名/発表者名
      Nana Nishio, Katsuei Shibuki, Kenichi Ohki
    • 学会等名
      視覚科学フォーラム 2023
  • [学会発表] Visual information representation in V1 adapts to changes in the external environment after learning2023

    • 著者名/発表者名
      Rie Kimura, Yumiko Yoshimura, Kenichi Ohki
    • 学会等名
      Visual information representation in V1 adapts to changes in the external environment after learning

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公開日: 2024-12-25  

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