意思決定におけるマウス前頭皮質の軸索－樹状突起－細胞体活動の三者間関係の解明

阐明决策过程中小鼠额叶皮层轴突、树突和细胞体活动之间的三向关系

基本信息

批准号：
18J01565
负责人：
近藤将史
金额：
$ 2.83万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2018
资助国家：
日本
起止时间：
2018-04-25 至 2021-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究課題は，動物が意思決定において，得られる報酬とそのための行動に対するコストをどのように勘案して意思決定を行っているかを明らかにすることを目的とする.加えて，それらがなされているときの軸索および樹状突起，細胞体の活動の関係を記述することを目指す.本年度は，報酬と行動コストのうち，報酬に関する大脳皮質内での情報処理過程について，重点的に研究を行った.具体的には，単純な古典的条件づけ課題をマウスに課し，課題遂行時の大脳皮質全域の活動を広域カルシウムイメージング法で，前頭皮質4領域の単一細胞体レベルでの活動計測を二光子カルシウムイメージング法によって観察した. 加えて，前頭皮質4領域のの古典的条件づけへの寄与を明らかにするため，チャネルロドプシンを大脳皮質の抑制性細胞に発現する動物を用いて，当該課題中の神経活動抑制を行った．大規模神経活動データを統計数理モデルを用いて詳細に解析した結果，今回観察した前頭領域のうち，背内側前頭皮質(高次運動野と一部オーバーラップする)では，他の領域よりも過去の報酬履歴を保持する神経細胞の割合が多く，またなんらかの形で課題に関連する活動（ただし運動関連は除く）を示す細胞の割合は9割近かった. さらに光抑制の結果では，背内側前頭皮質を抑制した場合に限り，学習によって獲得した報酬への期待行動が失われることがわかった．これらの結果は，これまで皮質下の脳領域では精力的に調べられてきた報酬に関する情報処理について，大脳皮質においては依然不明であった報酬とそれ以外の刺激や運動の神経表象について，一定の見解を与えるものであり，今後実施予定である『報酬と行動コストの脳内表現および情報処理機構』に迫る上で，基礎的な知見となると考えられる.

该研究项目的目的是阐明动物在做出决策时如何考虑所获得的奖励和行动的成本，我们的目的是描述轴突、树突和细胞体活动之间的关系。其中，我们的研究重点是大脑皮层内与奖励相关的信息处理过程。具体来说，我们对小鼠进行了简单的经典条件反射任务，并在任务期间检查了整个大脑皮层的活动。使用广域钙成像在额叶皮层四个区域的单细胞体水平。此外，为了阐明额叶皮层的四个区域对经典条件反射的贡献，我们使用了在大脑皮层的抑制细胞中表达通道视紫红质的动物，并研究了任务期间神经活动被抑制的情况。通过统计数学模型对大规模神经活动数据进行详细分析，我们发现，在本次观察到的额叶区域中，背内侧额叶皮层（与较高运动皮层部分重叠）的历史记录高于其他区域。保留奖励历史的神经元比例很高，表现出某种形式的任务相关活动（不包括运动相关活动）的细胞比例接近 90%。此外，光抑制的结果表明，只有当背内侧额叶皮层受到抑制时，对通过学习获得的奖励的预期行为才会消失。这些结果表明，虽然与奖励相关的信息处理已在皮层下大脑区域进行了深入研究，但大脑皮层中奖励、其他刺激和运动的神经表征的某些方面仍不清楚，这项研究提供了一个新的视角。并且被认为是我们计划在未来进行的“奖励和行为成本的大脑表征和信息处理机制”研究的基础。

项目成果

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Researchmap

研究地图

DOI：
发表时间：
期刊：
影响因子：
0
作者：
通讯作者：

Independent representations of reward-predicting cues and reward history in frontal cortical neurons

额叶皮层神经元奖励预测线索和奖励历史的独立表示

DOI：
10.1101/2020.01.23.916460
发表时间：
2020
期刊：
bioRxiv
影响因子：
0
作者：
Kondo Masashi;Matsuzaki Masanori
通讯作者：
Matsuzaki Masanori

Macro- and microscopic value representation in cerebral cortex

大脑皮层的宏观和微观价值表征

DOI：
发表时间：
2018
期刊：
影响因子：
0
作者：
M.Kondo;M. Matsuzaki
通讯作者：
M. Matsuzaki

Macroscopic and microscopic representations of value-related information in cerebral cortex

大脑皮层价值相关信息的宏观和微观表征

DOI：
发表时间：
2019
期刊：
影响因子：
0
作者：
Masashi Kondo;Masanori Matsuzaki
通讯作者：
Masanori Matsuzaki

Thalamocortical Axonal Activity in Motor Cortex Exhibits Layer-Specific Dynamics during Motor Learning

DOI：
10.1016/j.neuron.2018.08.016
发表时间：
2018-10
期刊：
Neuron
影响因子：
16.2
作者：
Yasuyo H. Tanaka;Yasuhiro R. Tanaka;Masashi Kondo;Shin-Ichiro Terada;Y. Kawaguchi;M. Matsuzaki
通讯作者：
Yasuyo H. Tanaka;Yasuhiro R. Tanaka;Masashi Kondo;Shin-Ichiro Terada;Y. Kawaguchi;M. Matsuzaki