黒質―脚橋被蓋核系によるサッカード運動開始時間の強化学習

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13780647
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 小林 康 大阪大学, 生命機能研究科, 助教授 (60311198)
• Keywords: サッカード / 強化学習 / 大脳基底核 / 動機付け

Research Abstract

衝動性眼球運動(サッカード)の制御に着目し、動機付け、運動制御、報酬情報に対する脚橋被蓋核(PPTN)の神経機序を解析した。眼前に光点が呈示されるとヒトやサルは光点を標的としてサッカードとよばれる眼球運動で視野移動を行う。サッカードは注意や動機付けと密接に関係しており課題の遂行度は誤差や報酬によって絶えず学習されている。学習には外部から与えられる誤差信号、報酬と動物の内的状態(報酬や誤差信号の履歴による動機付けや注意)が重要な要素となるはずであるがその相互作用は明らかにされていなかった。これまで解剖学的研究や破壊実験より脳幹のコリン作動性ニューロン核のPPTNが学習や動機付けに関係していることが示されてきたので、サルに視覚誘導性サッカード課題を行わせ、課題遂行とPPTNのニューロン活動の関係を解析した。課題遂行中に、課題が成功した結果与えられる報酬量を増加させると課題の成功率が上昇すると共にPPTNニューロンの持続的活動が上昇した。この活動は課題の成功率という動機付けを反映する指標と密接に関係していると思われる。さらにこれらのニューロンが運動誤差や報酬にも反応することを明らかにした。この結果はPPTNニューロン上で動機付け、誤差、報酬に関する情報が収束することを示しており、学習の際に必要な異種感覚情報の統合に対するPPTNを含む神経回路の寄与が示唆された。

Research Products

• [Publications] Kobayashi Y, Isa T: "Sensory-motor gating and cognitive control by the brainstem cholinergic system"Neural Networks. 15. 731-741 (2002)
• [Publications] Kobayashi Y, et al.: "Contribution of Pedunculopontine Tegmental Nucleus Neurons to Performance of Visually Guided Saccade Tasks in Monkeys"J.Neurophysiol. 88. 715-731 (2002)
• [Publications] Yamamoto K.et al.: "Cerebellar Plasticity and the Ocular Following Response"Ann.N.Y.Acad.Sci. 978. 439-454 (2002)
• [Publications] Yamamoto K.et al.: "Computational Studies on Acquisition and Adaptation of Ocular Following Responses"J.Neurophysiol. 87. 1554-1571 (2002)
• [Publications] Kobayashi et al.: "Pedunculo-pontine control of visually guided saccades"Progress in Brain Research. (in press). (2003)