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大脳基底核には短期学習によって柔軟に行動切り替えを行う領域と、長期学習によって定常的に行動を遂行する領域がある。本研究では、短期学習においてどのように報酬の予測がおこなわれているかをマカクザルで調べた。
「視覚図形―報酬」連合のパブロフ条件づけ課題において、サルが報酬を予測しているかを行動レベルで調べるため、本研究では視覚図形の提示後から報酬が出てくるまでの期間における眼球運動パターンの違いに着目した。100％報酬と連合した視覚図形を提示した条件では0%報酬と連合した視覚図形を提示した条件よりも注視頻度が有意に高かった。一方、50%報酬の視覚図形を提示した条件では中間的な注視頻度を示した。本研究により、注視頻度という行動パラメータを用いることでサルがどれだけ報酬の出現を予測しているか調べられることがわかった。
前部線条体（尾状核と被殻）から神経活動を記録し、報酬の予測活動および報酬への応答活動を記録した。逆転学習課題において報酬ブロックから無報酬ブロックへの切り替えに伴い、ニューロンの神経活動も切り替わるかどうかを調べた。被殻ニューロンにおいて、報酬予測活動および報酬応答活動の双方がブロック切り替えにより変化した。しかし、神経活動の切り替えはすぐに起こるわけではなく、およそ5-10試行かけて徐々に起きていることがわかった。一方、尾状核ニューロンでは視覚図形に対する応答が見られたが、報酬予測活動および報酬応答活動は見られなかった。先行研究では尾状核において報酬予測活動が見られるという報告があるため、尾状核の記録部位によるものかもしれない。本研究により、前部線条体の被殻ニューロンが実際に得られた報酬と報酬予測の両方を表現していることがわかった。
本研究で得られた知見をもとに、ヒトを含む霊長類がどのように報酬を予測し、行動を切り替えているかをさらに明らかにしていく。
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