学習に伴う前頭前野ニューロンの集団的活動の動的変化

学习过程中前额叶神经元集体活动的动态变化

基本信息

批准号：
09710045
负责人：
坂上雅道
金额：
$ 1.6万
依托单位：
Juntendo University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
财政年份：
1997
资助国家：
日本
起止时间：
1997 至 1998
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究は、前頭前野のニューロンが、ネットワークとして、どのように高次認知機能を実現しているかを調べることを目的として行われた。そのために、我々は、ニホンザルに、go/no-go型の弁別課題を学習させ、その課題遂行中のサルの前頭前野ならびに視覚野(V4野)から、ニューロン活動を記録・解析した。今回の研究では、1個のニューロンの活動だけではなく、複数のニューロンを同時に記録し、その相互作用を解析することに主眼をおいた。複数のニューロンを同時に記録する方法として、1、1本の電極で複数のニューロンの活動を同時に記録し、後に波形マッチング形式のオフライン解析を行うことによって、複数のニューロン活動を選別する、2、複数の電極を同時に脳に刺入しそれぞれの電極から別々のニューロンの活動を記録する、といった2つの方法があるが、今回は、1の方法を使って実験を行った(2の方法についても、そのためのアンプ、マニュピュレータを購入し実験の準備は整っていたが、実験直前にサルが体調をこわし、延期せざるを得なかった)。我々が使用した課題は、色・動き・位置からなる複合視覚刺激を使った選択的注意課題である。たとえば、色の次元に注目する条件では、サルは、他の次元の属性(左に動くとか、固視点の右側に呈示されたとか)は無視して、刺激が赤ければgo反応を、緑であればno-go反応を行う(動き条件・位置条件も同様)。注目条件を変えた直後(たとえば、色条件から動き条件へ)しばらくの間は、サルの新しい条件での正答率は若干下がり、反応時間も遅い。その後、徐々に正答率が上がり、反応時間が早くなる。これは、何らかの短期の学習過程を反映するものと考えられる。我々は、前頭前野で、この学習過程に対応して、その活動が変化していくニューロンを見出した。その中には、学習に伴い、活動が増していくものと、逆に活動が減っていくものがあった。上記1の方法により、この2種類のニューロンを同時に記録することができた例が何例かあった。その結果、極近傍に存在する2つのタイプのニューロンは、学習に伴い活動が減少していくタイプのもの(刺激選択性が低い)が、増加するタイプのもの(刺激選択性が高い)の活動を抑制し、学習が進むにつれ、後者のニューロンの刺激選択的活動がはっきり現れてくるということがわかった。このことは、前頭前野の行動的意味の学習は、抑制性のネットワークによって制御されるという仮設を裏づける。

进行了这项研究是为了研究前额叶皮层中的神经元如何作为网络获得更高的认知功能。为此，我们训练了日本猕猴进行/无行为歧视任务，并记录和分析了执行任务的猴子前额叶皮层和视觉皮层（V4）的神经元活动。在这项研究中，重点不仅放在单个神经元的活性上，而且是同时记录多个神经元并分析其相互作用的活性。有两种方法可以同时记录多个神经元：一个或一个电极同时记录多个神经元的活性，然后对波形匹配进行离线分析，以选择多个神经元活动，两个或两个，在同一时间注入大脑中的多个电极，并使用每个电极进行单独的AMPLIF。已经准备好进行实验，但是猴子在实验之前就遇到了麻烦，不得不推迟它）。我们使用的任务是使用由颜色，运动和位置组成的复杂视觉刺激的选择性注意任务。例如，在关注颜色尺寸的条件下，猴子忽略了其他维度的属性（例如左移动或在固定点的右侧移动），如果刺激为红色，则忽略了GO响应，如果刺激是红色的，如果它是绿色的（对于运动和位置条件相同），则无需响应。一段时间以来，在改变感兴趣的状况（例如，从颜色到运动状况）立即，猴子新状况的正确响应率略有下降，并且反应时间较慢。之后，正确的答案率逐渐增加，反应时间增加。人们认为这反映了一些短期学习过程。我们在前额叶皮层中发现神经元会根据这一学习过程改变其活性。其中一些事情随着学习而增加，而另一些则随着相反的效果而减少。在几种情况下，可以使用上述方法同时记录这两种类型的神经元。结果，发现神经元附近存在的两种神经元随着学习的活性而降低（低刺激选择性），但会抑制增加神经元的活性（高刺激选择性），并且随着学习的进步，后一种神经元的刺激性活性变得清晰。这支持了这样一个假设，即在前额叶皮层中学习行为意义的学习由抑制网络控制。