学習と意欲を制御する報酬系の神経回路メカニズムの解明

阐明控制学习和动机的奖励系统的神经回路机制

• 批准号: 22K06486
• 负责人: 松本 英之
• 金额: $ 2.75万
• 依托单位: Osaka Metropolitan University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K06486/
• 关键词: 意欲; 学習; 適応; 報酬系; 神経回路; 電気生理学; 光遺伝学; 齧歯類; 神経科学; 脳機能; 情報処理; 神経活動計測; 意欲; 学習; 適応; 報酬系; 神経回路; 電気生理学; 光遺伝学; 齧歯類; 神経科学; 脳機能; 情報処理; 神経活動計測

環境との相互作用を通して柔軟に行動することは生物の生存に重要であり、その生成メカニズムの理解は生体脳と人工知能の両方の研究の発展に貢献すると考えられる。中脳に分布するドーパミン細胞は前頭前皮質や大脳基底核など広範な脳領域へと軸索を投射し、環境に応じた柔軟な行動の選択や実行機能の制御に深く関与していると考えられる。しかし、各脳領域へと投射するドーパミン細胞が環境の変化に対してどのように活動を修飾させ、ドーパミン信号のその修飾が投射先の情報処理と機能の制御にどのような影響を及ぼすのか、その詳細はよく分かっていない。申請者の近年の研究成果から、線条体の異なる部位に入力するドーパミン信号の性質に違いがあることが明らかになりつつある。このことから、学習や意欲に関する投射先別の情報処理機序の異質性が予想される。本研究では、報酬に基づいた目的指向行動を行う齧歯類から神経活動を計測しつつ、光遺伝学を用いた経路特異的な介入技術を用いて、学習と意欲を制御する神経回路のメカニズムを理解する。初年度はまず、申請者の研究で明らかになりつつある異なるドーパミン信号を受け取る別々の投射先にトレーサーやウィルスを注入し、神経回路を蛍光タンパク質等で逆行性に標識した。Cre組み換え酵素依存的にドーパミン神経特異的に感染する逆行性AAVを投射先に注入し、２週間後にラットを灌流固定、脳切片を作成し、異なる脳領域へ投射するTyrosine Hydroxyrase陽性ドーパミン神経細胞の細胞体の位置や軸索投射パターンを観察した。その結果、性質の異なるドーパミン神経回路の解剖学的特徴を見出すことができた。また、これらの成果は次年度以降に計画する経路特異的な情報処理機構の理解に向けた技術基盤を確立する上で重要な知見となった。

通过与环境的互动来灵活，对于生物的生存至关重要，理解它们的产生机制被认为有助于生物大脑和人工智能的研究发展。多巴胺细胞分布在中脑项目轴突中，分为广泛的大脑区域，例如前额叶皮层和基底神经节，被认为与环境中的柔性行为选择和控制执行功能深深相关。但是，关于多巴胺细胞如何投射到每个大脑区域的环境变化的活动以及多巴胺信号的修饰如何影响预测目标的信息处理和功能的控制，尚不清楚细节。申请人的最新研究结果表明，多巴胺信号输入到纹状体的不同部分的性质存在差异。这预测了投影仪目的地在学习和动机方面的信息处理机制的异质性。在这项研究中，我们从执行基于奖励的目标指导行为的啮齿动物中测量神经活动，并使用光遗传学使用路径特异性干预技术来了解控制学习和动机的神经回路的机制。在第一年，示踪剂和病毒首先被注入单独的投影目的地，这些投影目的地在申请人的研究中变得显而易见，并用荧光蛋白等逆行标记神经回路。将AAV注入了逆行AAV，以CRE重组酶依赖性方式特别感染了多巴胺神经，并注入了投影仪中，两周后，将大鼠灌注并固定，创建了脑部切片，并创建了细胞体和轴突体的位置。结果，我们能够找到具有不同特性的多巴胺神经回路的解剖特征。此外，这些结果已成为建立技术基础的重要知识，以了解下一个财政年度及以后计划的特定路线信息处理机制。