注意とワーキングメモリの制御に関する神経回路モデル・シミュレーション研究

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14017083
• Research Institution: Sophia University
• Principal Investigator: 田中 昌司 上智大学, 理工学部, 教授 (30188304)
• Keywords: ワーキングメモリ / 前頭前野 / シミュレーション / 大脳皮質 / 神経回路 / ダイナミクス / ドーパミン / 高次機能

Research Abstract

本研究課題において、空間ワーキングメモリと空間選択的注意の回路研究を行った。空間ワーキングメモリと空間選択的注意課題では、前頭前野(prefrontal cortex)と後部頭頂野(posterior parietal cortex)が活動することはイメージング法によって明らかにされている。しかしながら、この2つのエリアが課題遂行にどのように関っているのかということは未知の点が多い。とくに、回路メカニズムはほとんど調べられていない。そこで、これを調べるために、前頭前野と後部頭頂野からなる回路モデルを構築した(Tanaka 2002a, b)。各エリアは3層モデルで、層特異的なエリア間結合を仮定した(Barbas and Rempel-Clower 1997)。回路の規模はニューロン数2880(2160 pyramidal cells,720 interneurons)である。また、ニューロンはleaky integrate-and-fire modelで記述されている。
上記モデルを用いてニューロン活動のシミュレーションを行い、皮質間フィードバック結合の効果を調べた。フィードバックの効果は双方向的で、後部頭頂野のみならず、前頭前野のニューロン活動がフィードバック・ゲインとともに大きく変化する;同じ場所のターゲットを2回提示することで、match enhancementが起きる;フィードバック結合を介して伝えられるtop-down biasは、ネットワーク全体のロバスト性を変える;このtop-down biasによりtarget selectionが起きることなどが示された。

Research Products

• [Publications] Tanaka, S.: "A prefronto-parietal network model with feedforward and feedback connections"Neurocomputing. (in press). (2003)
• [Publications] Tabuchi, Y., Tanaka, S.: "Intracortical vs thalamocortical processing of spatial working memory"Neurocomputing. (in press). (2003)
• [Publications] Miyashita, S., Tabuchi, Y., Tanaka, S.: "Cortico-thalamocortical operations of multi-target spatial working memory"Neurocomputing. (in press). (2003)
• [Publications] Yamashita, K., Tanaka, S.: "Circuit properties of the cortico-mesocortical system"Neurocomputing. (in press). (2003)
• [Publications] Tanaka, S.: "Dopamine controls fundamental cognitive operations of multi-target spatial working memory"Neural Networks. 15. 573-582 (2002)
• [Publications] Tanaka, S.: "Multi-directional representation of spatial working memory in a model prefrontal cortical circuit"Neurocomputing. 44(46). 1001-1008 (2002)