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前頭連合野は、他の脳領域から様々な情報を入力し、それらの情報を基に最適な行動目標を選択・決定し、必要な行動を計画して実行すると同時に、環境の変化に応じた目標や計画の修正により、初期の目的の遂行を可能にする働きを担っている。このような働きは遂行機能と呼ばれている。前頭連合野は他の脳領域との密な神経連絡により、これらの領域の活動をモニターすると同時に、他の領域に向けて発するトップダウン信号によりこれらの領域の機能を制御することにより、遂行機能を実行していると考えられている。本研究は、前頭連合野の遂行機能に不可欠なトップダウン信号と、遂行機能の一つと考えられている目標選択のメカニズムの解明に注目して実施した。
前頭連合野のトップダウン信号が側頭葉に貯蔵されている長期記憶情報の想起に不可欠であることから、この仕組みを手掛かりにトップダウン信号の実態を検討した。12対の視覚刺激による対連合学習課題を使用し、サル前頭連合野の想起に関わる外側部と無関係な眼窩部から記録した単一ニューロン活動を両領域で比較した。その結果、 特定の刺激対に対する選択的応答は外側部で顕著であること、見本刺激特異的な遅延期間活動を示す細胞は外側部で高頻度に観察されることが明らかになった。この結果は、特定の刺激対呈示時に選択的に出現する遅延期間活動がトップダウン制御に関わる神経信号であることが示唆される。
一方、同時に呈示された２つの刺激のどちらか一方を自由に選択し眼球運動を行う課題と、指示された刺激方向に眼球運動を行う課題を使用し、自由選択条件下での運動方向選択における前頭連合野の関与を検討した。その結果、前頭連合野の特定のニューロン群で、刺激呈示前に生じる自発活動の変動が刺激に対する応答に影響を与え、その影響が遅延期の活動の大きさを決定づけることにより眼球運動方向が決定されることが明らかになった。
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