2021 Fiscal Year Annual Research Report
Unravelling the mechanism for generation of the knowledge structure based on the neural decoding
| Project/Area Number |
20H03554
|
|---|
| Research Institution | University of Toyama |
|---|
Principal Investigator |
野本 真順 富山大学, 学術研究部医学系, 助教 (20636253)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
|
| Keywords | スキーマ / ヒューリスティクス / アイドリング脳 / 知識形成 / 転移学習 / カルシウムイメージング / 神経活動デコーディング / 学習・記憶 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
脳は経験から意味や概念を抽出し、他の状況に応用可能な「知識」を創る優れた機能を有する。しかし、獲得した経験（エピソード記憶）から知識がいつどのように発生し、利用されるのかそのメカニズムを示した研究はない。
本研究では、マウスの思考をデコーディング可能な新規行動実験系と最先端の神経活動計測・操作テクニックを起点に、「アイドリング時に記憶同士がリプレイを介して照合・統合されることで知識が生まれる」と仮説を立て、従来アプローチ不能であった経験から生じる知識の獲得機序を明らかにすることを目的とする。
これまでに申請者は、自由行動下でライブイメージング可能なマウスを用いて、「報酬獲得に必要な動作と合図(modality)は異なるものの、『動作→合図→報酬』という隠れた共通ルールを有する」オペラント条件付け課題をデザイン・開発した。エピソードA課題を習熟したマウスをエピソードB課題に供した場合、課題Bの1日目において、ルール非学習群に比べて優れた成績を示すことが分かった。この時の前頭前野の神経活動を調べたところ、課題Bにおいて、成績が向上し始める、すなわち、B課題における報酬を得るための解を発見するタイミングで活動する細胞群が、観察視野内で特定の空間分布を示すことを発見した。これは、当初AおよびB課題学習後に異なる課題の記憶がアイドリング脳活動を経て相互作用すると予想していたものの、新奇環境において過去の記憶が、既に知識として利用されること、さらに、その知識が利用されるタイミングで、特定の細胞群の活動が重要であることを示唆している。
2022年度は、B課題において、過去の経験が利用した解の発見に関わる細胞群および局所脳回路を遺伝学的に同定し、動物が、未知状況において獲得した知識体系にアクセスするメカニズムを明らかにする。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
2020年度では、自由行動下でライブイメージング可能なマウスを用いて、「報酬獲得に必要な動作と合図(modality)は異なるものの、『動作→合図→報酬』という隠れた共通ルールを有する」オペラント条件付け課題をデザイン・開発した。エピソードA課題を習熟したマウスをエピソードB課題に供した場合、課題Bの1日目において、ルール非学習群に比べて優れた成績を示すことが分かった。
2021年度では、前頭前野の神経活動を調べたところ、課題Bにおいて、成績が向上し始める、すなわち、B課題における報酬を得るための解を発見するタイミングで活動する細胞群が、観察視野内で特定の空間分布を示すことを発見した。これは、当初アイドリング時に活動すると思われた記憶同士がすでに知識として利用されるタイミングで、特定の細胞群の活動が重要であることを示唆している。さらに、特定の脳領域とモノシナプス経路で相互連絡する前頭前野の細胞群が、エピソードA課題およびB課題遂行中の、報酬行動誘発に関わることを発見したため。
|
| Strategy for Future Research Activity |
2022年度では、エピソードA課題およびB課題遂行中の、報酬行動誘発に関わるだけでなく、特定の脳領域とモノシナプス経路で相互連絡する前頭前野の細胞群と局所脳回路の過去の経験を利用した解の発見における役割および特異性について解析する。
また、記録したカルシウムイメージングのデータ解析を行い、前頭前野のどのような神経表現が、新奇環境における過去の記憶の利用に関わるのか詳細に解析する。
さらに、single cell RNA sequence解析(scRNA seq)等の解析テクニックを用いて、この脳回路の特徴を遺伝学的に同定するだけでなく、経験則的問題解決力に関わる遺伝子を同定することも検討する。
|
