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2011 年度 実績報告書

オブジェクト操作と動作のカテゴリー化の脳内表現

研究課題

研究課題/領域番号 22300124
研究機関東北大学

研究代表者

虫明 元  東北大学, 大学院・医学研究科, 教授 (80219849)

キーワード運動野 / 前頭前野 / 両手動作 / 細胞活動
研究概要

順序動作が必要となる認知的行動制御課題を用いて、動作のカテゴリーや認知に必要なカテゴリー表現が、関連領域でどのように表現され、統合されるかを解明する。実験には、開発中のマルチ電極記録システムをもちいて、大脳皮質内と神経回路の動態を明らかにすることで、関心領域である前頭連合野関連領域内とその周辺の関連領域間での細胞の相互関係を解明する。そのために、ニホンザルに両手による両手順序操作課題を訓練して、多数の順序動作を記憶も基づいて、またはゴール試行的な将来の企画により行うように学習させる。課題遂行中の大脳皮質より細胞活動を記録して解析を行った。
動物に両手の順序動作による認知操作課題を訓練して、細胞活動を記録した。補足運動野、前補足運動野に加えて前頭前野と運動前野、一次運動野から、多点記録、LFPの記録を用いる事にして、特に前頭前野と高次運動野に関して解析を行った。LFPでは顕著なベータ波が記録された。このベータ波は課題の進行により変化し、特に順序課題の最初の試行では弱いが、記憶に基づいたときにはその成分のパワーが大きく安定していた。細胞活動に関しては、両手の動作にかかわる細胞は、多くは両手の体の軸対象で同じ動作、すなわち左手回内には、右手の回内にかかわるなどの対称性的な座標で表現される細胞が多く見られた。一次運動野がすぐ実行される要素運動に関わるのに対して、運動前野は、先の運動に関わったり運動のより認知的な側面での活動が顕著であった。

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

多点細胞活動は極めて高い技術が必要だが、順調に記録を行うことができるようになってきた。補足運動野、前補足運動野に加えて前頭前野と運動前野、一次運動野から、多点記録、LFPの記録を用いる事にして、特に前頭前野と高次運動野に関して解析を行っている。細胞活動は多彩であり、操作、動作などの区別とその時間変化が今後の解析の重要点となる。

今後の研究の推進方策

多点計測のデータ解析に関しては、単純な活動評価だけでは不十分だと思われたので、今後は情報を表現する統計量を情報表現のモデルを立てて、その適合度から判定するなどの方法で、より詳細な情報表現の解析を行う。

  • 研究成果

    (7件)

すべて 2011

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件) 学会発表 (3件) 図書 (1件)

  • [雑誌論文] Representational Switching by Dynamical Reorganization of Attractor Structure in a Network Model of the Prefrontal Cortex2011

    • 著者名/発表者名
      Yuichi Katori, Kazuhiro Sakamoto, Naohiro Saito, Jun Tanji, Hajime Mushiake, Kazuyuki Aihara
    • 雑誌名

      PLoS Computational Biology

      巻: 7(11) ページ: 1-17

    • DOI

      10.1371/journal.pcbi.1002266

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Deciphering elapsed time and predicting action timing from neuronal population signals2011

    • 著者名/発表者名
      Shinomoto S, Omi T, Mita A, Mushiake H, Shima K, Matsuzaka Y, Tanji J
    • 雑誌名

      Front Comput Neurosci.5:29.

      巻: 5 ページ: 1-11

    • DOI

      doi:10.3389/fncom.2011.00029

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 順序動作課題と割込課題からなる二重課題を制御する神経機構2011

    • 著者名/発表者名
      中島敏, 宮崎淳, 嶋啓節, 虫明元
    • 雑誌名

      日本神経回路学会誌総説

      巻: 18 ページ: 129-134

    • 査読あり
  • [学会発表] Dynamic neuronal representation in the prefrontal cortex2011

    • 著者名/発表者名
      Hajime Mushiake, Keisetsu Shima, Kazuhiro Sakamoto, Yuichi Katori, Kazuyuki Aihara
    • 学会等名
      The 3^<rd> International Conference on Cognitive Neurodynamics ICCN2011
    • 発表場所
      Hokaido, Japan(招待講演)
    • 年月日
      20110609-20110613
  • [学会発表] Plan to execution through neuronal synchrony in the prefrontal cortex2011

    • 著者名/発表者名
      Kazuhiro Sakamoto, Katsutoshi Yamamoto, Naohiro Saito, Jun Tanji, Hajime Mushiake
    • 学会等名
      The 3^<rd> International Conference on Cognitive Neurodynamics ICCN2011
    • 発表場所
      Hokaido, Japan
    • 年月日
      20110609-20110613
  • [学会発表] Dynamic neural representation in the dorsal premotor cortex during numerical operations2011

    • 著者名/発表者名
      Sumito Okuyama, jun-ichi Iwata, Toshinobu Kuki, Jun Tanji, Hajime Mushiake
    • 学会等名
      第34回神経科学会横浜
    • 発表場所
      Yokohama JAPAN
    • 年月日
      2011-09-17
  • [図書] Functional Magnetic Resonance Imaging/Book 2 Intech (ISBN : 979-953-307-732-0)2011

    • 著者名/発表者名
      Nobue Kanazawa, Masahiro Izumiyama, Takashi Inoue, Takanori Kochiyama, Toshio Inui, Hajime Mushiake
    • 総ページ数
      22
    • 出版者
      Neural correlates of the rule-based perception and production of hand gestures

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公開日: 2013-06-26  

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