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2020 Fiscal Year Annual Research Report

行動選択におけるドーパミン神経回路の並列情報処理機構の解明

Publicly Offered Research

Project AreaCorrespondence and Fusion of Artificial Intelligence and Brain Science
Project/Area Number 19H04987
Research InstitutionOsaka City University

Principal Investigator

松本 英之  大阪市立大学, 大学院医学研究科, 助教 (50511383)

Project Period (FY) 2019-04-01 – 2021-03-31
Keywords行動選択 / 学習モデル / ドーパミン / 神経細胞 / 神経回路 / 電気生理学 / 光遺伝学
Outline of Annual Research Achievements

精度の良い予測を学習することは、適切な意思決定、行動選択の実現に重要であると考えられる。中脳ドーパミン細胞は、予測の学習に重要な役割を果たすと考えられている。一方で近年の研究から、ドーパミン細胞の投射先別の異種性が明らかになってきている。このことは、適切な行動選択におけるドーパミン信号の役割が一つではない可能性を示唆する。しかし、その具体的な機序と役割は不明である。本研究は、報酬最大化のために試行錯誤する必要がある行動課題を用いて、行動選択におけるドーパミン細胞の投射先別の異種性を検証した。脳深部にある腹側被蓋野・黒質緻密部からドーパミン神経細胞特異的な活動を計測するため、電気生理学と光遺伝学を組み合わせた細胞活動計測技術を開発した。この手法を用いることで、同時計測される数十個の単一細胞活動のうち、どの活動がドーパミン神経細胞の活動なのか、さらに、そのドーパミン細胞がどの脳領域へ軸索を投射しているのか、同一個体から網羅的に同定することが可能となった。行動選択時、ドーパミン細胞は選択肢の価値、運動、あるいはその両方に応答し、全体として多様な応答パターンを示すことがわかった。また、行動選択時に手続き上のエラーが起きた時、強い抑制を示すドーパミン細胞や抑制のみられないドーパミン細胞など、誤差応答の多様性も観察された。光遺伝学的に同定された投射先からドーパミン細胞を分類すると、異なる投射先のドーパミン細胞は異なる応答を示すことが明らかになった。これらの結果から、ドーパミン細胞は均一な学習信号を投射先に一様に伝達するのではなく、投射先別に性質の異なる学習信号を伝達することで、行動選択を適切に制御している可能性が考えられた。

Research Progress Status

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

  • Research Products

    (6 results)

All 2021 2020 Other

All Int'l Joint Research (1 results) Journal Article (2 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Peer Reviewed: 1 results,  Open Access: 2 results) Presentation (3 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results)

  • [Int'l Joint Research] Harvard University(米国)

    • Country Name
      U.S.A.
    • Counterpart Institution
      Harvard University
  • [Journal Article] Distinct temporal difference error signals in dopamine axons in three regions of the striatum in a decision-making task2020

    • Author(s)
      Tsutsui-Kimura Iku、Matsumoto Hideyuki、Akiti Korleki、Yamada Melissa M、Uchida Naoshige、Watabe-Uchida Mitsuko
    • Journal Title

      eLife

      Volume: 9 Pages: e62390

    • DOI

      10.7554/eLife.62390

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Dopamine axon population Ca signals in the striatum during odor cue- and reward-based choice tasks in mice2020

    • Author(s)
      Watabe-Uchida Mitsuko, Tsutsui-Kimura Iku, Matsumoto Hideyuki, Uchida Naoshige
    • Journal Title

      Dryad (data repository)

      Volume: - Pages: -

    • Open Access / Int'l Joint Research
  • [Presentation] Distinct temporal difference error signals in dopamine axons in three regions of the striatum in a decision-making task2021

    • Author(s)
      Iku Tsutsui-Kimura, Hideyuki Matsumoto, Korleki Akiti, Melissa M Yamada, Naoshige Uchida, Mitsuko Watabe-Uchida
    • Organizer
      Society for Neuroscience
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Classifying neural responses by tropical distances2020

    • Author(s)
      Misaki Takamori, Hideyuki Matsumoto, Ruriko Yoshida, Keiji Miura
    • Organizer
      The 43rd Annual Meeting of the Japan Neuroscience Society
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Classifying neural responses by tropical distances2020

    • Author(s)
      Misaki Takamori, Hideyuki Matsumoto, Ruriko Yoshida, Keiji Miura
    • Organizer
      Fusion of Mathematics and Biology

URL: 

Published: 2021-12-27  

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