二重情報課題とBMIをもちいた脳内情報表現の解析

使用双信息任务和 BMI 分析大脑信息表示

基本信息

批准号：
11J07301
负责人：
中園智晶
金额：
$ 1.22万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2011
资助国家：
日本
起止时间：
2011 至 2013
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-11J07301/
关键词：
海馬 LFP セル・アセンブリ CFC 学習オシレーション Cell assembly Multi unit recording Hippocampus Rat

项目摘要

本研究は二重情報課題という行動パラダイム実行中のラットの脳活動を解析予定であったが、行動課題を変更しルールスイッチング課題をラットに課してニューロン活動の記録を試みた。二重情報課題は、単一セッションにおいて異なる認知状態をラットに持たせるものであったが、ルールスイッチング課題は学習によってラットの認知状態を徐々に変化させるものであり、時間軸こそ違えどこの二つの行動パラダイムの目的は同一である。本年度はこの課題実行中のラット海馬における局所場電位(LFP)の学習に伴う変化を記録した。LFPはニューロン集団の活動の集合として発生する脳波と考えられており、本研究の目的である、同期活動により情報を符号化するニューロン集団(セル・アセンブリ)の可塑的な変化にも重要な役割を果たしていると考えられている。本研究では周波数帯間カップリング(Cross-Frequency coupling, CFC)とよばれる現象に着目して解析した。このCFCはラット海馬においてはシータ帯域(5-12Hz)とガンマ帯域(30-100Hz)の周波数帯間で観測されることが知られている。ガンマ帯域は局所的なセル・アセンブリの活動タイミングに関与するとされており、シータ波はそれらの局所的な活動をより広域なレベルで統合すると考えられている。このCFCの強度が学習に伴って上昇してゆくことが先行研究では示唆されていたが、本研究ではこのカップリングの強化が学習後も持続するのではなく、学習発生時に一過性であることを示すデータが得られた。これは従来の研究が1セッションで学習完了する課題を使用していたのに対して、本課題では一週間程度の学習が必要な課題を利用して持続的に記録を行ったため発見出来た現象である。この知見は、学習に伴って組み代わるセル・アセンブリのその切り替わりのメカニズムとしてCFCが寄与している可能性を示すものである。この関係を直接的に検証するためのBMI実験についてもセットアップを終了し、データの収集を開始した。

在这项研究中，我们计划在称为双重信息任务的行为范式中分析老鼠的大脑活动，但我们改变了行为任务，并试图通过让老鼠接受规则转换任务来记录神经元活动。双信息任务允许大鼠在单次会话中具有不同的认知状态，而规则切换任务通过学习逐渐改变大鼠的认知状态，且时间轴不同，两种行为范式的目的是相同。今年，我们在执行这项任务时记录了大鼠海马体中与学习相关的局部场电位（LFP）变化。 LFP被认为是作为神经元群体活动集合而产生的脑电波，并且它在通过同步活动编码信息的神经元群体（细胞组装）的可塑性变化中也发挥着重要作用，这相信它实现了这项研究的目的。在本研究中，我们重点关注并分析了称为交叉频率耦合（CFC）的现象。已知这种 CFC 在大鼠海马的 theta 波段 (5-12Hz) 和 gamma 波段 (30-100Hz) 中观察到。伽马带被认为与局部细胞组装活动的时间有关，而西塔波被认为在更广泛的水平上整合了这些局部活动。之前的研究表明，这种 CFC 的强度会随着学习而增强，但在这项研究中，我们发现这种耦合的增强在学习后不会持续存在，而是在学习发生时是暂时的。我们获得的数据表明了这一点。发现这一现象的原因是，之前的研究使用的是一次即可完成的任务，而本研究使用的是需要大约一周学习的任务，并连续记录它们。这一发现表明，CFC 可能有助于学习过程中发生的细胞组装的转换机制。我们还完成了 BMI 实验的设置，以直接验证这种关系，并开始收集数据。