計算論と実験検証の統合による大脳皮質-大脳基底核ループの機能的役割

结合计算理论和实验验证大脑皮层-基底节环的功能作用

• 批准号: 18019033
• 负责人: 鮫島 和行
• 金额: $ 4.16万
• 依托单位: Tamagawa University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• 财政年份: 2006
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2006 至 2007
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-18019033/
• 关键词: 脳生理学; 大脳基底核; 強化学習; 計算論; 意志決定; 報酬; fMRI; 前頭葉; 線条体; 意思決定; 行動価値; 脳の計算論的モデル; 神経生理; 脳生理学; 大脳基底核; 強化学習; 計算論; 意志決定; 報酬; fMRI; 前頭葉; 線条体; 意思決定; 行動価値; 脳の計算論的モデル; 神経生理

様々な入力情報から将来得られる報酬の大小を判別し、適切に意思決定する能力はヒトを含む生物の生存とって重要な脳機能の1つである。報酬に基づく意思決定とその結果からの学習行動は、近年強化学習というアルゴリズムによって説明されている。大脳基底核では、強化学習で用いられる価値の表現と比較による行動決定と、価値の更新による行動学習が行われているという仮説が提唱され、検証実験がおこなわれてきた。しかし、大脳基底核線条体の一部分はより認知的な情報処理にかかわる領域からの結合がある。そこで私は「複数の大脳皮質-基底核ループ回路は、運動のみでなく、注目すべき特徴や保持すべき記憶情報を意図的に決定するような、認知的な意志決定の際にも働く。複数のループは、複数の異なる表現における価値関数を表現し、比較し、決定する、異なるレベルでの意思決定が行われる」という仮説を新たに提唱した(Samejima & Doya 2007)。この仮説を検証するために、ヒトを被験者としたfMRI実験を行い、「複数の選択肢から報酬を予測し選択をする」認知的に意思決定する瞬間と、「複数の運動から1つを選択して運動する」運動そのものを決定する瞬間を分離した課題を遂行中の脳活動を計測した。認知的意思決定を行うevent related 活動のうち、報酬予測(のちに選択するターゲットの報酬量)を用いて脳活動の回帰分析をおこなったところ、腹側線条体の側座核(NAcc)と腹側被殻を含んだ領域で優位な相関がみられた。この結果は、運動を決めることができないような認知的意思決定時にも、被殻領域に価値の表現が現れることを示唆する。

从各种输入信息中辨别未来奖励的大小并做出适当决策的能力是包括人类在内的有机体生存的重要大脑功能之一。近年来，通过一种称为强化学习的算法来解释了基于奖励的决策和学习行为。该假设已提出，行为决策是通过表达和比较增强学习中使用的值进行的，而行为学习是通过更新值进行的，并进行了测试。但是，基底神经节纹状体的一部分与更多的认知信息处理有关。因此，我提出了这样一个假设：“多个皮质基质神经节环路不仅在运动中而且在认知决策中也起作用，例如故意确定要保留要保留的值得注意的特征和记忆信息。多个循环在不同的层面上，代表，比较和确定多个不同表示的“ Samejima＆Doya 2007”。为了检验这一假设，我们对人类进行了fMRI实验，作为对象进行脑活动，同时执行任务，这些任务将做出认知决策做出“预测和从多种选择中做出选择”的时刻以及“从多个运动中选择一个并确定运动本身的时刻”。在做出认知决策的事件相关的活动中，使用奖励预测（稍后选择的目标的奖励量）对大脑活动进行了回归分析，并且在包含腹侧纹状体的核针灸（NACC）的区域中发现了主要的相关性。该结果表明，即使在无法确定运动的认知决策中，壳质区域也出现了价值的表达。