学習と意欲を制御する報酬系の神経回路メカニズムの解明

2023 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 22K06486
• 研究機関: 大阪公立大学
• 研究代表者: 松本 英之 大阪公立大学, 大学院医学研究科, 助教 (50511383)
• 研究期間 (年度): 2022-04-01 – 2025-03-31
• キーワード: 神経回路 / 電気生理学 / 光遺伝学 / 意欲 / 報酬系

研究実績の概要

前年度の実験結果から、腹側被蓋野から側坐核の亜領域へ向かう解剖学的に異なるドーパミン神経の投射パターンを見出しつつある。そこで本年度は、これらの異なるドーパミンニューロンあるいはその他の神経回路を構成するニューロンが学習や異なる意欲状態が観察される際にどのような信号を投射先へ伝達しているのか検証した。
本研究で用いる行動課題では、報酬価値が高い選択肢を選ぶようになる過程（選択肢の価値の学習）と、報酬価値が高い選択肢を選び続ける過程（意欲維持）がある。そこで、それぞれの過程における学習と意欲のコンポーネントと各ニューロンの応答パターンの対応を調べた。光遺伝学的にドーパミンニューロンの投射先を同定するため、腹側被蓋野へAAVを微量注入し、Cre組換え酵素を特異的に発現させるTH陽性細胞特異的にチャネルロドプシンを発現させる。次に、側坐核を含む複数の投射先に光ファイバーを刺入し、光照射に対する記録細胞の応答を調べた。これらの同定したドーパミンニューロンの報酬予測誤差応答（実際に得られる報酬と予測される報酬の誤差の大きさを表す応答）の変化を調べると、予測誤差学習を通して行動が適応的になる過程において投射先別の違いが見出された。この多様性と意欲の対応を調べると、意欲の種類に応じて、投射先別に差異が観察される場合と、一様で差異が観察されない場合があった。
前年度の実験結果から、投射先が異なるドーパミンニューロンの細胞体の位置は、腹側被蓋野内の、オーバーラップするが異なる部位に分布する傾向にあった。そこで光遺伝学的に同定・計測したドーパミンニューロンを計測された位置に基づいて分類し、より多くのドーパミンニューロンを加えて同様の解析を行うと、これまでと同様の結果を得ることができた。このように、学習と意欲を制御する報酬系神経回路の新規のメカニズムを見出しつつある。

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

学習と意欲を制御するドーパミン神経回路の新規の制御メカニズムを見出しつつあること、また、報酬系脳領域にある、光遺伝学的に同定されたドーパミンニューロン以外の活動についても同様の解析を行い結果を得ており、概ね順調に進展していると判断した。

今後の研究の推進方策

新規に見出されつつあるメカニズムの解析を進め、原著論文を投稿する。シリコンプローブの供給制限などがあり大規模神経活動計測技術の確立が予定より少し遅れたため、本年度はこの技術の確立の優先順位を上げる。

次年度使用額が生じた理由

取得データの解析等に時間を費やす必要があったこと、また必要なプローブ電極の購入制限などがあったため、電極購入の費用を次年度に繰り越した。次年度では、消耗品であるプローブ電極の購入費用等に充てる予定である。

研究成果

• [雑誌論文] A novel micro-ECoG recording method for recording multisensory neural activity from the parietal to temporal cortices in mice (2023)
  • 著者名/発表者名: Setogawa Susumu、Kanda Ryota、Tada Shuto、Hikima Takuya、Saitoh Yoshito、Ishikawa Mikiko、Nakada Satoshi、Seki Fumiko、Hikishima Keigo、Matsumoto Hideyuki、Mizuseki Kenji、Fukayama Osamu、Osanai Makoto、Sekiguchi Hiroto、Ohkawa Noriaki
  • 雑誌名: Molecular Brain 巻: 16 ページ: -
  • DOI: 10.1186/s13041-023-01019-9
  • 査読あり
• [学会発表] Dopamine neurons convey distinct motivational signals in a self-paced decision-making task (2023)
  • 著者名/発表者名: Hideyuki Matsumoto, Kenji Mizuseki
  • 学会等名: The 46th Annual Meeting of the Japan Neuroscience Society
  • 国際学会
• [学会発表] 多様な感覚情報を司る頭頂葉‐側頭葉からの神経活動計測を可能とするマウス皮質脳波フレキシブルデバイスの開発 (2023)
  • 著者名/発表者名: Takuya Hikima , Susumu Setogawa , Ryota Kanda , Shuto Tada , Yoshito Saitoh , Mikiko Ishikawa , Satoshi Nakada , Fumiko Seki , Keigo Hikishima , Hideyuki Matsumoto , Kenji Mizuseki , Osamu Fukayama , Makoto Osanai , Hiroto Sekiguchi , Noriaki Ohkawa
  • 学会等名: The 46th Annual Meeting of the Japan Neuroscience Society
  • 国際学会