| 研究課題/領域番号 |
20K07726
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| 研究機関 | 東北医科薬科大学 |
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研究代表者 |
坂本 一寛 東北医科薬科大学, 医学部, 准教授 (80261569)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| キーワード | サル / 形操作課題 / 外側前頭前野 / 腹側部 / 背側部 / LFP / 機能分化 |
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| 研究実績の概要 |
本研究の目標は、行動計画策定に関係する前頭前野神経細胞活動の動的情報表現を解明することである。具体的には、形操作課題遂行中のサル外側前頭前野の神経細胞活動および局所場電位(local field potential, 以下LFP)を多重電極を用いて多点同時記録し、その課題依存性変化を解析することを基盤とする。形操作課題とは以下の課題である：画面にサンプル図形が提示され、遅延期間後、テスト図形が提示される。その後、Go信号が与えられると、サルは握っているレバーを動かしテスト図形を1回操作する。1回の操作で、左または右方向に45度刻みの回転、ないしは2倍に拡大または半分に縮小、という４つのうち１つが許される。最短で２回の操作で正解にたどりつく。
令和3年度は、LFPの課題要因に対応した変化を解析した。LFPの時間-周波数スペクトルをstepwise重回帰分析したところ、特にシータ・デルタ領域とガンマ領域の課題関連性において、外側前頭前野の腹側部と背側部がよく区別された。具体的には、腹側部では、サンプル図形の変形情報を遅延期間に保持していると解釈されるシータ・デルタ成分が強かったのに対し、背側部では、形操作―腕の運動対応についてのルールと相関するガンマ成分が特徴的であった。これらの結果は、外側前頭前野内の腹側部と背側部の間の機能分離をLFPにおいて明確に示した点に学術的な意義がある。これらの結果は、日本神経科学学会(坂本 一寛, 川口 典彦, 虫明 元「形操作課題中のサル外側前頭前野シータ振動の課題関連性の多元解析」第44回 日本神経科学大会 3P-095)、及び、日本生理学会(坂本 一寛「行動計画中の外側前頭前野局所場電位の変化」第99回日本生理学会大会)で発表した。
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| 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
昨年度は、形操作課題遂行中のサル外側前頭前野から記録したLFPを解析し、腹側部と背側部で機能的に区別されることを示した。今年度は、それらの成果をまとめ学術誌への掲載を目指す（既に投稿済み）。さらに、予備的な結果からは、外側前頭前野がカラム構造になっていることを示唆する結果が上がっている。具体的には、周囲の記録点と比較し、特定課題要因によってLFPが著しく変調される記録点が散在していることが明らかとなっている。LFPレベルでカラム構造が見えることは、神経発火の解析と合わせることで、高次脳機能領野におけるヘテロ性な機能単位の存在を示すこと、更には、創造性を生み出す神経基盤としての多様性の解明につながると期待される。
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| 今後の研究の推進方策 |
上記の予備的結果を様々な解析によりしっかり裏付け、論文として成果を発表する。更に、LFPと同時記録した神経細胞の発火活動の解析を行う。具体的には、以前行った行動順序生成課題・経路計画課題の結果から予想される、これから行う要素行動、すなわち、これから行う形の拡大・縮小、右回転・左回転等を符号化する細胞を同定する。更に、これら細胞発火の発火揺らぎの程度や発火間の同期性も解析する。これらには発火頻度とはことなる情報が符号化されていることが以前の研究から明らかになっている(Sakamoto et al., 2008, 2013)。次に、現在進めているLFPと発火の関係を解析する。特に、海馬(O’Keefe, Recce, 1993)のみならず、大脳皮質においても知られている(Lee et al., 2005) シータ波と神経発火の位相関係に着目する。このように、１つの電極記録点から得られた素神経信号からは、極めて多重な信号が得られる。本研究の仕上げとして、これら多重な信号と提示図形等の課題条件を入力とし、動物の行動、具体的には、形の操作手順を出力するデコーダーを構築する。１試行の神経信号からどの程度動物がこれから行う行動をデコードできるか、最もデコードできる情報の組み合わせ方はどのようなものかを検討する。このような試みは、第一次運動野等ではなく、高次連合野の神経活動の脳―機械インターフェースへの利用の基盤となると期待される。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
コロナ禍により学会発表などが全てオンラインになったため、次年度使用額が生じた。今年度は、データ解析のための計算機やソフトウェアの更新を行う予定である。
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