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2022 年度 実績報告書

前頭前野神経細胞の動的情報表現の研究

研究課題

研究課題/領域番号 20K07726
研究機関東北医科薬科大学

研究代表者

坂本 一寛  東北医科薬科大学, 医学部, 准教授 (80261569)

研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2023-03-31
キーワード前頭前野 / LFP / 行動計画課題
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、行動計画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。行動計画課題とは以下の課題である:画面に最終目標が提示され、遅延期間後、要件と初期条件が提示される。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必要な操作を一回行う。最短で二回、ないしは三回の操作で最終目標は達成される。
令和4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。この成果をオープンアクセス誌Frontiers in Behavioral Neuroscience誌(vol.16, 750832)で発表した。また、最終目標を符号化する外側前頭前野神経細胞の符号化特性の変化を解析した。その結果、興奮性細胞は最終目標提示時期には、どの最終目標にも選択的な神経細胞が等しい数存在したが、遅延期間を経るに従い、最終目標選択性の分布が特定目標に偏ることが確かめられた。このことは、外側前頭前野神経細胞が最終目標を作業記憶内に動的で経済的でロバストに符号化していることを示唆する。この成果はThe 29th International Conference on Neural Information Processingにて発表した。

  • 研究成果

    (13件)

すべて 2023 2022

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 2件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (9件) (うち国際学会 7件、 招待講演 1件)

  • [雑誌論文] Shape and Rule Information Is Reflected in Different Local Field Potential Frequencies and Different Areas of the Primate Lateral Prefrontal Cortex2022

    • 著者名/発表者名
      Sakamoto Kazuhiro、Kawaguchi Norihiko、Mushiake Hajime
    • 雑誌名

      Frontiers in Behavioral Neuroscience

      巻: 16 ページ: 750832

    • DOI

      10.3389/fnbeh.2022.750832

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Reinforcement Learning Model With Dynamic State Space Tested on Target Search Tasks for Monkeys: Extension to Learning Task Events2022

    • 著者名/発表者名
      Sakamoto Kazuhiro、Yamada Hinata、Kawaguchi Norihiko、Furusawa Yoshito、Saito Naohiro、Mushiake Hajime
    • 雑誌名

      Frontiers in Computational Neuroscience

      巻: 16 ページ: 784604

    • DOI

      10.3389/fncom.2022.784604

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] 高次運動野の機能分化を説明する動的状態空間強化学習モデル2022

    • 著者名/発表者名
      田村 尚己, 虫明 元, 坂本 一寛
    • 雑誌名

      信学技報

      巻: NC2022(42) ページ: 44-48

  • [雑誌論文] 創造性はいかに生まれるか ー複雑系科学と神経生理学からの解明2022

    • 著者名/発表者名
      坂本一寛
    • 雑誌名

      大阪保険医雑誌

      巻: 50(669) ページ: 4-8

  • [学会発表] メレオロジーと強化学習の接点2023

    • 著者名/発表者名
      坂本一寛
    • 学会等名
      第100回 日本生理学会大会
    • 国際学会
  • [学会発表] Higher brain function research needs good questions and theories2023

    • 著者名/発表者名
      Kazuhiro Sakamoto
    • 学会等名
      NIPS workshop 2022 "Multi-disciplinary approach to understand neuronal network architecture for controlling motor actions"
    • 国際学会
  • [学会発表] Multidimensional analysis of extracellular potentials in the cerebral cortex2022

    • 著者名/発表者名
      Kazuhiro Sakamoto
    • 学会等名
      Nara Institute of Science and Technology, Information Science, Colloquium A
    • 招待講演
  • [学会発表] 高次運動野機能分化を再現する動的状態空間強化学習モデル [1P-310]2022

    • 著者名/発表者名
      田村 尚己, 虫明 元, 坂本 一寛
    • 学会等名
      NEURO2022
    • 国際学会
  • [学会発表] 決定一意性、学習飽和度は状態空間拡張の適切さを規定する~動的状態空間強化学習モデルとディリクレモデルとの比較 [3P-261]2022

    • 著者名/発表者名
      坂本 一寛, 片倉 世雄, 虫明 元
    • 学会等名
      NEURO2022
    • 国際学会
  • [学会発表] 機械学習を超える脳~高次脳機能の神経生理学と計算論からの展望~2022

    • 著者名/発表者名
      坂本一寛
    • 学会等名
      APSIPA BioSiPS Workshop 2022 in Kitami
    • 国際学会
  • [学会発表] 高次運動野の機能分化を説明する動的状態空間強化学習モデル2022

    • 著者名/発表者名
      田村 尚己, 虫明 元, 坂本 一寛
    • 学会等名
      電子情報通信学会 ニューロコンピューティング)研究専門委員会
  • [学会発表] Increased firing variability may be an early warning signal of bifurcation in neuronal networks: Validation in action planning-related cells of monkey prefrontal cortex2022

    • 著者名/発表者名
      Kazuhiro Sakamoto, Naohiro Saito, Shun Yoshida, Hajime Mushiake
    • 学会等名
      Neuroscience 2022
    • 国際学会
  • [学会発表] A dynamic, economical, and robust coding scheme in the lateral prefrontal neurons of monkeys2022

    • 著者名/発表者名
      Kazuhiro Sakamoto, Naohiro Saito, Shun Yoshida, Hajime Mushiake
    • 学会等名
      The 29th International Conference on Neural Information Processing
    • 国際学会

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公開日: 2023-12-25  

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