入力の変化に耐える多次元脳システムの解明

阐明可以承受输入变化的多维大脑系统

基本信息

批准号：
21K06447
负责人：
木村梨絵
金额：
$ 2.66万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K06447/
关键词：
神経生理神経回路視覚野行動マルチユニット記録

项目摘要

脳は、入力された知覚情報を処理して行動出力する情報処理システムであるが、“柔軟性”の特徴を有することで、外界からの入力が多少変化してもこれまでと同様な行動を出力することができると考えられる。神経細胞がシナプスを介して結びついて、これらが複雑に組み合わさって多細胞の神経回路となり、この神経回路が多脳領野間で結びついて作り上げられる、多次元にわたる脳システムにおいて柔軟性をもつと考えられる。しかしながら、この多次元脳システムにおいて、柔軟性がどのように築き上げられ、どのように機能することで、たとえ入力が変化しても、その程度が軽微であれば、知覚情報を基にした行動を安定に維持するのかについてほとんど明らかにされていない。そこで、本研究では、知覚のうち、特に視覚に注目して、入力の変化に耐えて安定した出力をする多次元脳システムを理解することを目指す。多脳領野の多細胞から神経活動を記録することで、学習前後で、機能的にどのような神経活動をする細胞がどのように変化することで、入力の変化に対する耐性を獲得するのかを明らかにする。令和４年度は、タッチパネルオペラント実験装置を新たに導入して、これを用いることで、自由行動下のラットに縦縞と横縞を区別する視覚弁別課題を学習させた。その後、２つの縞の傾きの差分９０度を保ったままで、０－９０度の範囲にてランダムに回転させた。ラットは、提示された視覚刺激が縦縞に近いか、横縞に近いかに依存して、弁別行動を選択した。４５度の回転で縦縞と横縞のちょうど中間になるので、行動選択はチャンスレベルになったが、３０度の回転くらいまでは縦縞に近ければ縦縞の行動を選択することができた。今後はこの入力の変化に対する耐性を裏付ける神経基盤の理解を目指す。

大脑是一个处理输入的感觉信息并输出行为的信息处理系统，但它具有“灵活性”的特性，因此即使外界的输入发生轻微变化，它也可以继续像以前一样表现。可以输出。神经元通过突触连接，这些复杂的组合形成多细胞神经回路，这被认为是在多个大脑区域之间连接创建的多维大脑系统中灵活完成的。然而，在这个多维的大脑系统中，灵活性是如何建立的以及它如何发挥作用，使得我们能够根据感知信息采取行动，即使输入发生变化，即使变化很小，我们仍不清楚它是否会保持稳定。因此，在这项研究中，我们的目标是了解能够承受输入变化并产生稳定输出的多维大脑系统，特别关注视觉感知。通过记录大脑多个区域的多个细胞的神经活动，我们将阐明细胞的功能性神经活动在学习前后是如何变化的，以及它们是如何获得对输入变化的抵抗力的。 2020财年，我们引入了一种新的触摸屏操作实验装置，并利用它训练自由移动的老鼠执行区分垂直和水平条纹的视觉辨别任务。此后，将两个条纹在0至90度的范围内随机旋转，同时保持90度的倾斜度差。老鼠根据所呈现的视觉刺激是否更接近垂直条纹或水平条纹来选择辨别行为。在旋转 45 度时，行为恰好位于垂直条纹和水平条纹之间，因此动作选择成为机会级别，但直到旋转 30 度左右，如果接近垂直条纹，则可以选择行为的垂直条纹。未来，我们的目标是了解支持这种对输入变化的抵抗力的神经基础。