2014/11/25 野々村

Progress report

2014/11/11 榎本

Observation of Reward Delivery to a Conspecific Modulates Dopamine Release in Ventral Striatum
Vadim Kashtelyan, Nina T. Lichtenberg, Mindy L. Chen, Joseph F. Cheer, Matthew R. Roesch
Current Biology. Volume 24, Issue 21, p2564-2568, 3 November 2014

Highlights

• Dopamine is released when rats first observe a conspecific receive reward
• The dopaminergic response reverses in later trials
• Appetitive vocalizations are recorded when dopamine is released
• Rats emit aversive calls during later trials of observation

ラットに仲間が報酬をもらうのを見せたとき、はじめは嬉しげな行動をするし、じっさい線条体でドパミンが放出されるのだけれども、そのうち放出量が下がってきて、（文字通り）抗議の声を上げて（Ultrasonic vocalization）そちらを見もしなくなる、という話です。齧歯類でもここまでできる。

　＊

Neurons in the Monkey Amygdala Detect Eye Contact during Naturalistic Social Interactions.

Mosher CP, Zimmerman PE, Gothard KM.

Curr Biol. 2014 Oct 1. pii: S0960-9822(14)01127-0. 

おまけです。サルが目と目で通じ合う……

そういうときは扁桃体の特別なニューロンが発火しているのです。

PDF | SLIDE

2014/11/04 渡邊

Dissociable effects of surprise and model update in parietal and anterior cingulate cortex
O'Reilly JX, Schüffelgen U, Cuell SF, Behrens TE, Mars RB, Rushworth MF.
Proc Natl Acad Sci U S A. 2013 Sep 17;110(38):E3660-9. doi: 10.1073/pnas.1305373110. Epub 2013 Aug 28.

Rushworthラボの眼球運動(サッケード課題)と瞳孔変化を用いた論文です。
いつも同じ場所で魚が釣れるなど、同環境における繰り返しの結果の観測は環境のモデルを作り出し、そこから逸脱する刺激は「驚き」を生み出し、そして時には「環境モデルの変化」として認識され、再学習が始まります。驚きと環境モデルのリセットは同時に起こることが多いですが、決して同一の現象ではありません。
本研究ではその２つの現象を独立に変動させるとことで、それぞれの要因が眼球運動野、瞳孔サイズ変化、そして脳活動の違いとしてとらえることができるというお話です。

PDF | SUPPL | SLIDE

2014/10/21 春野

Aversive prediction error signals in the amygdala
McHugh SB, Barkus C, Huber A, Capitão L, Lima J, Lowry JP, Bannerman DM.
J Neurosci. 2014 Jul 2;34(27):9024-33. doi: 10.1523/JNEUROSCI.4465-13.2014.

マウスのBLAから取ったhemodynamic responseがかなり高い精度で
aversive prediction errorを表しそうだというJNSの論文を紹介します。

PDF | SLIDE

2014/10/07 山中

Neurons in the ventral striatum exhibit cell-type-specific representations of outcome during learning
Atallah HE, McCool AD, Howe MW, Graybiel AM.
Neuron. 2014 Jun 4;82(5):1145-56. doi: 10.1016/j.neuron.2014.04.021.

Highlights

    •Plasticity in ventromedial striatum during reward learning is cell-type specific
    •Cholinergic interneurons signal outcome and track reinforcement contingencies
    •Spiny projection neurons (SPNs) lose outcome responses during learning
    •SPNs maintain responses at trial initiation and goal approach during learning

Stimulus-Action-Rewardの学習中にventral striatumの細胞が、そのタイプごと・学習フェーズごとにどのように異なる役割を担っているかについて、たくさんの細胞を記録してpopulationで比較しています。
Cholinergic interneuron(TAN)のacquisition phaseでの選択的な活動が興味深いです。

PDF | NEWS | SLIDE

2014/09/30 吉田

Orbitofrontal and striatal circuits dynamically encode the shift between goal-directed and habitual actions
Christina M. Gremel & Rui M. Costa
Nat Commun. 2013

マウスのレバー押し課題中にOFC、DMS、DLSから神経活動を記録し、同様の行動であっても目標志向的なのか習慣的なのかによって、同一の神経でも活動が異なることを実験的に示した論文です。

PDF | SUPPL | SLIDE

2014/09/16 菊池

Differential reward coding in the subdivisions of the primate caudate during an oculomotor task
Nakamura K, Santos GS, Matsuzaki R, Nakahara H.
J Neurosci. 2012 Nov 7;32(45):15963-82. 

PDF | SLIDE

2014/07/22 榎本

Natural Neural Projection Dynamics Underlying Social Behavior
Gunaydin LA, Grosenick L, Finkelstein JC, Kauvar IV, Fenno LE, Adhikari A, Lammel S, Mirzabekov JJ, Airan RD, Zalocusky KA, Tye KM, Anikeeva P, Malenka RC, Deisseroth K.
Cell. 2014 Jun 19;157(7):1535-51

Highlights

• Fiber photometry enables recording of neural projection activity in behaving mice
• VTA-NAc projection activity encodes and predicts social interaction
• Optogenetic control of VTA DA neurons bidirectionally modulates social behavior
• Elevating VTA-NAc activity and NAc D1R signaling increases social behavior

マウスの社会行動発現に必要不可欠な神経回路はVTAからNAcへと投射するドパミン細胞であり、かつそれはD1受容体依存的であることを、光遺伝学的手法と脳深部からのカルシウムイメージング法を組み合わせた、ファイバー・フォトメトリーとかいう新しい手法によって突き止めたという研究です。Social interactionとかいうてもにおいをかぐとかそのていどの……まあ、マウスやしね……。

PDF | SLIDE

2014/07/22 鮫島

Redishラボからの２本の論文を紹介します。
１本は行動のみの論文で、機会コストに応じた行動選択モデルを
最適採餌行動のモデルで説明する論文。

Wikenheiser, Andrew M., David W. Stephens, and A. David Redish.
Subjective costs drive overly patient foraging strategies in rats on an intertemporal foraging task.
Proceedings of the National Academy of Sciences 110.20 (2013): 8308-8313.

PDF

もう１本は、同じ課題で、過去の行動選択を振り返る「後悔」の
神経対応をみた論文です。

Steiner, Adam P., and A. David Redish.
Behavioral and neurophysiological correlates of regret in rat decision-making on a neuroeconomic task.
Nature neuroscience 17.7 (2014): 995-1002.

PDF

強化学習モデルが、行動経済や生態学でのモデルとどのような関係になるのか議論してみたいとおもいます。

SLIDE

2014/07/15 田中

Switching brain serotonin with oxytocin
Raphaelle Mottolese, Jérôme Redouté, Nicolas Costes, Didier Le Bars, and Angela Sirigua
Proc Natl Acad Sci U S A. 2014

鬱病治療のターゲットとなるセロトニンシステムが扁桃体を介してオキシトシンの影響を受けている事をPETで示した以下の論文をご紹介したいと思います。

PDF | SLIDE

2014/07/15 野々村

Rapid Prediction of Biomechanical Costs during Action Decisions
Cos, I, Duque, J, Cisek, P.
Journal of Neurophysiology Jun 3, 2014


PDF | SLIDE

2014/07/08 木村

A normative perspective on motivation
Yael Niv, Daphna Joel and Peter Dayan
TRENDS in Cognitive Sciences Vol.10 No.8 (2006)

The dorsomedial striatum encodes net expected return, critical for energizing performance vigor
Alice Y Wang, Keiji Miura & Naoshige Uchida 
NATURE NEUROSCIENCE VOLUME 16 | NUMBER 5 | MAY 2013

Invigoration of Reward Seeking by Cue and Proximity Encoding in the Nucleus Accumbens
Vincent B. McGinty, Sylvie Lardeux, Sharif A. Taha, James J. Kim, and Saleem M. Nicola,*
Neuron 78, 910-922, June 5, 2013

意思決定における動機づけの役割に関する線条体メカニズムについて考えたいと思います。

SLIDE

2014/07/08 森田

Parametric trial-by-trial prediction of pain by easily available physiological measures
Geuter S, Gamer M, Onat S, Büchel C.
Pain. 2014 May;155(5):994-1001. doi: 10.1016/j.pain.2014.02.005. Epub 2014 Feb 10.

Pain is commonly assessed by subjective reports on rating scales. However, in many experimental and clinical settings, an additional, objective indicator of pain is desirable. In order to identify an objective, parametric signature of pain intensity that is predictive at the individual stimulus level across subjects, we recorded skin conductance and pupil diameter responses to heat pain stimuli of different durations and temperatures in 34 healthy subjects. The temporal profiles of trial-wise physiological responses were characterized by component scores obtained from principal component analysis. These component scores were then used as predictors in a linear regression analysis, resulting in accurate pain predictions for individual trials. Using the temporal information encoded in the principal component scores explained the data better than prediction by a single summary statistic (ie, maximum amplitude). These results indicate that perceived pain is best reflected by the temporal dynamics of autonomic responses. Application of the regression model to an independent data set of 20 subjects resulted in a very good prediction of the pain ratings demonstrating the generalizability of the identified temporal pattern. Utilizing the readily available temporal information from skin conductance and pupil diameter responses thus allows parametric prediction of pain in human subjects.

皮膚抵抗(SCR)と瞳孔径(pupil size)で(主観的な)痛みを予測。

PDF | SLIDE

2014/07/01 高岸

Competitive and cooperative dynamics of large-scale brain functional networks supporting recollection
Fornito A1, Harrison BJ, Zalesky A, Simons JS.
Proc Natl Acad Sci U S A. 2012 Jul 31;109(31):12788-93. doi: 10.1073/pnas.1204185109. Epub 2012 Jul 17.

default mode networkとexternal attention systemの2つの大規模ネットワーク間の結合が、記憶の課題を行っているときにどう変化するか、という内容です。


PDF | SLIDE

2014/07/01 坂井

A compact, high performance atomic magnetometer for biomedical applications.
Shah VK, Wakai RT.Phys Med Biol. 2013 Nov 21;58(22):8153-61.

SQUID代替の生体磁気測定装置として期待されるAtomic Magnetometerに関するものです。

PDF | SLIDE

2014/06/17 渡邊

Fear from the Heart: Sensitivity to Fear Stimuli Depends on Individual Heartbeats
Sarah N. Garfinkel, Ludovico Minati, Marcus A. Gray, Anil K. Seth, Raymond J. Dolan, and Hugo D. Critchley
Journal of Neuroscience, May 7, 2014  34(19):6573-6582


脳と心臓の関係のお話をします。

ジェームズ=ランゲ説とキャノン=バード説のように、昔から身体と脳にはどのような関係があるか(どちらが先か)というのはメジャーな問いでした。現在では基本的にはキャノン=バード説のように「脳の変化⇒身体反応」という考えが主要かと思いますが、それでもひとたび脳から身体へ命令が届けば、実際は一方向ではなく、脳と身体は相互作用し始めます。その中には「身体反応⇒脳の変化」というジェームズ=ランゲ的な現象も起こっているわけです。

今回は心拍リズムが脳(特に扁桃体)に影響を与え、情動に関する知覚能力や主観的情動の強度を変えるというお話をさせていただきます。

PDF | SLIDE

2014/06/10 山中

Amygdala interneuron subtypes control fear learning through disinhibition
Wolff SB, Gründemann J, Tovote P, Krabbe S, Jacobson GA, Müller C, Herry C, Ehrlich I, Friedrich RW, Letzkus JJ, Lüthi A.
Nature. 2014 May 22;509(7501):453-8. doi: 10.1038/nature13258. Epub 2014 May 11.

basolateral amygdala(BLA)のマイクロサーキットの機能についての論文を紹介します。
amygdalaの入力部であるBLAのシナプス可塑性が恐怖学習の神経基盤として重要であることは知られていますが、その中の抑制性介在細胞が投射細胞を介してそのような学習をコントロールする神経回路メカニズムをオプトジェネティクスとユニットレコーディングを組み合わせて明らかにしようとしている論文です。

PDF | SLIDE

2014/06/10 春野

Separate amygdala subregions signal surprise and predictiveness during associative fear learning in humans
Boll S, Gamer M, Gluth S, Finsterbusch J, Büchel C.
Eur J Neurosci. 2013 Mar;37(5):758-67. doi: 10.1111/ejn.12094. Epub 2012 Dec 21.

Rescola-WagnerとPearce-Hallのハイブリッドモデルでヒトの恐怖条件付けのfMRデータを解析して扁桃体CMとBLAの差について議論する論文です。

PDF | SLIDE

2014/06/03 菊池

Dopamine prediction error responses integrate subjective value from different reward dimensions
Armin Lak, William R. Stauffer, and Wolfram Schultz
vol. 111 no. 6 2343–2348 2013

Significance

Most real-world rewards have multiple dimensions, such as amount, risk, and type. Here we show that within a bounded set of such multidimensional rewards monkeys’ choice behavior fulfilled several core tenets of rational choice theory; namely, their choices were stochastically complete and transitive. As such, in selecting between rewards, the monkeys behaved as if they maximized value on a common scale. Dopamine neurons encoded prediction errors that reflected that scale. A particular reward dimension influenced dopamine activity only to the extent that it influenced choice. Thus, vastly different reward types such as juice and food activated dopamine neurons in accordance with subjective value derived from the different rewards. This neuronal signal could serve to update value signals for economic choice.

PDF | SUPPL | SLIDE

2014/06/03 吉田

A Dual Operator View of Habitual Behavior Reflecting Cortical and Striatal Dynamics
Smith KS, Graybiel AM.
Neuron. 2013 Jul 24;79(2):361-74.

Highlights
•Striatal habit-related activity patterning, emerging early, is outcome insensitive
•Prefrontal cortical habit-related patterning emerges late and is flexible
•Superficial and deep cortical layers exhibit contrasting habit-related patterns
•Prefrontal activity is required for overtraining to yield a crystallized habit

今回のセミナーでは、習慣的行動の形成における背外側線条体、下辺縁皮質の働きを調べた論文を紹介します。

PDF | SUPPL | SLIDE

2014/05/27 池上

Corticostriatal Output Gating during Selection from Working Memory
Chatham, C. H., Frank, M., and Badre, D. (2014).
Neuron　81, 930-942, Feb 19.

この論文は、Working Memoryに保持された情報から、状況に応じた適切な情報を選択するための処理機構として提案されてきたoutput gatingが皮質線条体回路によって実現されていることを示したヒトｆMRI研究です。

PDF | SUPPL | SLIDE

2014/05/27 寺田

Semiparametric detection of significant activation for brain fMRI
Zhang, C and Yu, T. (2008).
Annals of Statistics, Vol. 36, pp1693--1725.

１つのvoxelのfMRI時系列データの畳み込みモデルに関するsemiparametricな推定法とその漸近的性質（activationの検定を含む）をご紹介させて頂きます．

血行動態反応関数(HRF)に対してガンマ関数の線形結合やsplineを仮定し，それらの関数のパラメータを推定する方法が提案されていますが，既存の方法では統計的性質が議論されていないことに加え，特定の関数表現を用いているため，真のHRFが推定される保証はありません．
例えば，畳み込みモデルの誤差は，i.i.d.とは考えにくいため，通常の漸近論を適用して，パラメータの一致性（漸近的に真のパラメータを推定可能という性質）は得られません．さらに，ドリフト項にも特定の関数形の仮定や前処理で完全に消えていると仮定するため，ドリフト項の影響もバイアスとして推定量に影響を及ぼす可能性があります．

本論文では，HRFをsemiparametricに（semiparaですが関数の特定の形を要求しない），ドリフト項をnonparametricにモデル化し，ある程度弱い仮定の下で，HRFの一致推定とHRFに関する検定を構成しています．

PDF | SLIDE

2014/05/20 杉本

Reducing the dimensionality of data with neural networks
Hinton GE, Salakhutdinov RR.
Science. 2006 Jul 28;313(5786):504-7.

画像認識や音声認識の分野で最近話題になっている深層学習(deep learning)の紹介を行いたいと思います。

ニューラルネットの構造において、隠れ層を多段にすると表現力が高くなることは昔から知られていましたが、過学習が頻繁に起きるため使い物にならないことがほとんどでした。そんな状況の中、2006年にHintonが発表したdeep learningは汎化能力の高いパラメータを学習でき、また画像認識や音声認識の分野で一番良いとされていた手法に大差をつける性能をほこり、機械学習の分野で今最も熱い手法となっています。

PDF | SUPPL | SLIDE

2014/05/20 榎本

Conditional ablation of orexin/hypocretin neurons: a new mouse model for the study of narcolepsy and orexin system function.
Tabuchi S1, Tsunematsu T, Black SW, Tominaga M, Maruyama M, Takagi K, Minokoshi Y, Sakurai T, Kilduff TS, Yamanaka A.
J Neurosci. 2014 May 7;34(19):6495-509.

プレスリリース（PDF)

Tet-offシステムによって視床下部オレキシン細胞選択的にジフテリア毒素を発現させ、ナルコレプシーモデルマウスを作成。オレキシン細胞脱落のタイミング・量を精密にコントロールできるのがTet-offのよいところです。DOX食べさせてるだけで10週間細胞脱落がほぼゼロ（Fig. 2A)なのってけっこうすごい。


Genetic dissection of the circuit for hand dexterity in primates.
Kinoshita M1, Matsui R, Kato S, Hasegawa T, Kasahara H, Isa K, Watakabe A, Yamamori T, Nishimura Y, Alstermark B, Watanabe D, Kobayashi K, Isa T.
Nature. 2012 Jul 12;487(7406):235-8.

プレスリリース

こちらはサルでTet-onです。黒質－線条体路もそろそろいじれそう。


PDF1 | PDF2 | SLIDE

2014/05/13 鮫島

Effects of amygdala lesions on reward-value coding in orbital and medial prefrontal cortex
Rudebeck PH, Mitz AR, Chacko RV, Murray EA.
Neuron. 2013 Dec 18;80(6):1519-31. doi: 10.1016/j.neuron.2013.09.036.

[Highlights]
•Neurons in OFC and MFC differentially encode the reward value of stimuli
•Lesions of the amygdala reduce reward coding in OFC but not in MFC
•Amygdala lesions abolish differences between OFC and MFC in reward coding
•Amygdala input is not necessary for reward coding in either OFC or MFC

扁桃体を壊して MFCとOFCの単一細胞記録を解析してわかるvalue codingが変化するかどうか、領域毎に比較している仕事です。
手法的には古いですが、皮質ー皮質下のネットワークがvalue-based decisionさせたときにどう働くのか、考えさせられる仕事だと思います。


PDF | SUPPL | SLIDE

2014/05/13 田中

Oxytocin enhances hippocampal spike transmission by modulating fast-spiking interneurons
Owen SF, Tuncdemir SN, Bader PL, Tirko NN, Fishell G, Tsien RW.
Nature. 2013 Aug 22;500(7463):458-62. doi: 10.1038/nature12330. Epub 2013 Aug 4.

オキシトシンがオキシトシン受容体を介して、海馬のfast-spiking interneuron をmodulateしているという内容の論文です。


PDF | SUPPL | SLIDE

2014/04/22 野々村

Deliberation and Commitment in the Premotor and Primary Motor Cortex during Dynamic Decision Making
Thura D, Cisek P.
Neuron. 2014 Mar 19;81(6):1401-16. doi: 10.1016/j.neuron.2014.01.031.

■ Highlights
•PMd and M1 are involved in deliberation between action choices during dynamic tasks
•PMd and M1 track the state of information and combine it with an urgency signal
•PMd and M1 activity signals decision commitment about 280 ms before movement
•The neural signature of commitment is specific to volitional decisions

PDF | SLIDE

2014/04/22 渡邊

Rational regulation of learning dynamics by pupil-linked arousal systems
Nassar MR, Rumsey KM, Wilson RC, Parikh K, Heasly B, Gold JI.
Nat Neurosci. 2012 Jun 3;15(7):1040-6. doi: 10.1038/nn.3130.

瞳孔の変化で意思決定やValue、Optimal actionの探索などいろいろなものを見ることができることが近年多く報告されておりますが、この論文では不確実な環境(真のValueが不明確なだけでなく、そのValueが時間とともに変化する環境)における行動選択のパラメータと瞳孔拡散の関係の話です。
我々は不確実な環境で学習率を意識的に変化させるが(時には過去の経験を参考にし、時にはValueが大幅に変わったと思いその経験を無視する)、そのシフトを瞳孔サイズの変化としてとらえることができるという内容です。

PDF | SLIDE

2014/04/15 春野

A role for primate subgenual cingulate cortex in sustaining autonomic arousal
Rudebeck PH, Putnam PT, Daniels TE, Yang T, Mitz AR, Rhodes SE, Murray EA.
Proc Natl Acad Sci U S A. 2014 Apr 8;111(14):5391-6. doi: 10.1073/pnas.1317695111. Epub 2014 Mar 24.

マカクのsubgenual ACCのlesionにより報酬に対するarousal保持が出来なくなるという論文を紹介して、ネットワークの解明の難しさについて考えたいと思います。


PDF | SLIDE

2014/04/15 木村

Optogenetic stimulation of a hippocampal engram activates fear memory recall
Liu X, Ramirez S, Pang PT, Puryear CB, Govindarajan A, Deisseroth K, Tonegawa S.
Nature. 2012 Mar 22;484(7394):381-5. doi: 10.1038/nature11028.

Memory Engramを表現する海馬の神経細胞集団の実態を捉えた研究です。

PDF | SLIDE

---
Identification and optogenetic manipulation of memory engrams in the hippocampus.
Ramirez S, Tonegawa S, Liu X.
Front Behav Neurosci. 2014 Jan 17;7:226. doi: 10.3389/fnbeh.2013.00226. eCollection 2013. Review.

Creating a false memory in the hippocampus.
Ramirez S, Liu X, Lin PA, Suh J, Pignatelli M, Redondo RL, Ryan TJ, Tonegawa S.
Science. 2013 Jul 26;341(6144):387-91. doi: 10.1126/science.1239073.

2014/04/08 山中

Basal ganglia subcircuits distinctively encode the parsing and concatenation of action sequences
Jin X, Tecuapetla F, Costa RM.
Nat Neurosci. 2014 Mar;17(3):423-30. doi: 10.1038/nn.3632. Epub 2014 Jan 26.

行動シーケンスの学習に大脳基底核回路がどのように関与しているのか、電気生理とオプトジェネティクスを用いた細胞同定の技術でアプローチしています。

主な結果は、
(1) Sustained/Inhibited type neuron
行動シーケンス(高速4回レバー押し)を学習したマウスの線条体・淡蒼球外節(GPe)・黒質網様部(SNr)の神経活動を記録すると、シーケンスのStart/Stop(レバー押しの1回目and/or4回目に選択的)信号をコードする細胞(Jin and Costa, 2010)に加えて、そのシーケンスの間中、持続的に放電増加(Sustained type)する細胞や放電の減少(Inhibited type)を示す細胞が見つかった。

(2) 細胞タイプと領域のコントラスト
埋め込み式のワイヤ電極で留置して同じ領域から記録
OptogeneticsでD1/D2MSNsを同定、
- 線条体D1MSN：Sustained type
- 線条体D2MSN：Inhibited type
- GPe(indirect pathway, D2MSNの投射先)：Sustained type
- SNr(direct pathway, D1MSNの投射先)：Inhibited type

結論として、
Start/Stop signal → "parsing" of action sequence
Sustained/Inhibited signal → "concatenation" of action sequence

PDF | SUPPL | MOVIE | SLIDE
---
Ref.
Start/stop signals emerge in nigrostriatal circuits during sequence learning
Jin X, Costa RM.
Nature. 2010 Jul 22;466(7305):457-62. doi: 10.1038/nature09263.

2014/04/08 深代

Morals and Markets
Armin Falk, Nora Szech
Science. 2013 May 10;340(6133):707-11. doi: 10.1126/science.1231566.

モラルと市場についての論文を紹介いたします。

脳科学の論文ではありませんが、人の動物の生死への価値を市場を媒介にした場合とそうでない場合で、どのように異なるのか、ということを用いてモラルと市場構造との関係を明らかにした論文です。

ここでは、ネズミの生死の価値をモラルとしてとらえていますが（いくらで殺すか）逆説的に、いくらで助けるか、といったことも考えられて面白いのではないか、と思いました。

また、非常にシンプルなメカニズムで「市場」という構造を実験にあらわし、アプローチしています。

PDF | SUPPL | SLIDE

2014/03/20 池上

Dynamic sensory cues shape song structure in Drosophila
Coen P, Clemens J, Weinstein AJ, Pacheco DA, Deng Y, Murthy M.
Nature. 2014 Mar 13;507(7491):233-7. doi: 10.1038/nature13131. Epub 2014 Mar 5.

前回のセミナーに引き続いて行為のばらつきに関する内容で、今回はショウジョウバエの求愛歌に関する論文を紹介します。

神経ノイズに起因すると考えられていた求愛歌の複雑かつ可変な構造の大部分が実は感覚経験によって形成され、感覚入力から運動出力への単純変換によって説明できることを示した論文です。

PDF | NEWS&VIEWS | SLIDE

2014/03/20 榎本

Dopamine dependency for acquisition and performance of Pavlovian conditioned response.
Darvas M, Wunsch AM, Gibbs JT, Palmiter RD.
Proc Natl Acad Sci U S A. 2014 Feb 18;111(7):2764-9.

そのうちちゃんと書こうとおもって、はや二ヶ月が過ぎました。DDマウスのドパミンを線条体の部位特異的にレスキューする話だったと思います。たぶん。

PDF | SLIDE

2014/03/14 杉本

From human to humanoid locomotion - an inverse optimal control approach
Katja Mombaur, Anh Truong, and Jean-Paul Laumond
Autonomous Robots(2010), Volume 28, Issue 3, pp 369-383.

制御の要素を取り入れた逆強化学習のお話です。逆強化学習は運動意図の推定と大きく関係している手法ですので、ヒトや動物の行動解析に役立つかもしれない、と言う期待を込めつつご紹介させていただきます。

従来の逆強化学習はモデルフリーなため解の不良設定性が大きく、パラメータの推定が困難、もしくは精度が悪い欠点がありました。今回紹介する論文はダイナミクスのモデルを導入することで安定して逆強化学習を行える、と言う内容になります。

PDF | SLIDE

2014/03/14 鮫島

Changing value through cued approach: an automatic mechanism of behavior change
Tom Schonberg, Akram Bakkour, Ashleigh M Hover, Jeanette A Mumford, Lakshya Nagar, Jacob Perez & Russell A Poldrack
Nat Neurosci. 2014 Mar 9. doi: 10.1038/nn.3673.

単純なcue-approachingで value updateがおきちゃいます。という非常にシンプルな話の論文を紹介します。価値の更新はreinforcerやfeedbackによって起きるというのがこれまでの心理・強化学習・経済学での理論で使われていますが、実は他のシンプルな要因によっても価値のupdateが起きてしまうということを新しく示した論文です。過去の経験から対象の価値がどのような変化するのかを考えるのに重要そうな論文ですので紹介させていただきます。

PDF | SUPPL | SLIDE

2014/03/07 木村

今では一般的になりつつある光遺伝学などの神経回路操作をシステム神経科学と計算理論に組み合わせる研究の可能性について紹介します。

参考論文として
Corticostriatal neurons in auditory cortex drive decisions duringauditory discrimination
Petr Znamenskiy & Anthony M. Zador
Nature 497, 482-485 doi:10.1038/nature12077(2013)

PDF | SUPPL | SLIDE

2014/02/21 田中

Amygdala inputs to the ventral hippocampus bidirectionally modulate social behavior
Felix-Ortiz AC1, Tye KM.
J Neurosci. 2014 Jan 8;34(2):586-95. doi: 10.1523/JNEUROSCI.4257-13.2014.

mouse のoptogeneticsを用い、
Amygdala(BLA)→ventral Hippocampusへの 入力(Glu) をコントロールする事でsocial behavior (他者への興味）が変化する事を示した論文です。

同じグループのNature2011,Neuron2013は同じ系を用いて、Anxietyの発現に
Amygdala(BLA)→ventral Hippocampus、
Amygdala(BLA)→CeA
が逆の効果をもたらす事をこれまでに示しています。

PDF | SLIDE

2014/02/21 渡邊

Decision-related pupil dilation reflects upcoming choice and individualbias
de Gee JW, Knapen T, Donner TH.
Proc Natl Acad Sci U S A. 2014 Feb 4;111(5):E618-25. doi: 10.1073/pnas.1317557111. Epub 2014 Jan 21.

目は口ほどに物を言うと言いますが、その中でも瞳孔のサイズの変化についての論文です。
瞳孔の散大収縮が心の中の何かを表現しているという考えは1960年代からありますが、連続的かつ定量的にきちんと取れるようになったのは最近の話です。これまで意思決定課題において瞳孔の大きさは、最終的な選択を反映していると考えられてきましたが、この論文の著者はむしろ瞳孔の拡大は選択までの過程を反映しているのだという主張をしています。
また、個人ごとの選択のバイアス(選択肢の片方を選ぶバイアス)も表現している事を報告しています。

論文自体は難しくない内容なので、基礎的な研究を簡単にサーヴェイしながら紹介したいと思います。

PDF | SLIDE

2014/02/14 野々村

Long-range connectivity defines behavioral specificity of amygdala neurons
Senn V, Wolff SB, Herry C, Grenier F, Ehrlich I, Gründemann J, Fadok JP, Müller C, Letzkus JJ, Lüthi A.
Neuron. 2014 Jan 22;81(2):428-37. doi: 10.1016/j.neuron.2013.11.006.

Highlights
► Fear conditioning and extinction activate distinct populations of BA neurons
► Behavioral specificity of optogenetically identified IL- and PL-projecting neurons
► Balance of activity between IL- and PL-projecting BA cells regulates fear extinction
► Fear conditioning and extinction induce pathway-specific intrinsic plasticity

Andreas Luthiのラボから出た論文を紹介したいと思います．

PDF | SUPPL | SLIDE

2014/02/14 木村

大脳基底核機能の深い理解のためには、情報表現とその統合の計算論的意義を理解するだけでは不十分で、情報表現とその統合を実現する神経回路の理解が必須であるというメッセージをお届けするために、以下の2編の論文を紹介して、議論したいと思います。

Transient stimulation of distinct subpopulations of striatal neurons mimics changes in action value
Tai LH, Lee AM, Benavidez N, Bonci A, Wilbrecht L.
Nat Neurosci. 2012 Sep;15(9):1281-9. doi: 10.1038/nn.3188. Epub 2012 Aug 19.

PDF | SUPPL

Control of basal ganglia output by direct and indirect pathway projection neurons
Freeze BS, Kravitz AV, Hammack N, Berke JD, Kreitzer AC.
J Neurosci. 2013 Nov 20;33(47):18531-9. doi: 10.1523/JNEUROSCI.1278-13.2013.

PDF

セミナーのページで過去の紹介論文をチェックしたところ、最初の論文は2012年に鮫島さんが紹介しているようですが、上のメッセージと関連して紹介し、議論させてください。

SLIDE

2014/02/07 春野

Evolution of trust and trustworthiness: social awareness favours personality differences
McNamara JM, Stephens PA, Dall SR, Houston AI.
Proc Biol Sci. 2009 Feb 22;276(1657):605-13. doi: 10.1098/rspb.2008.1182.

進化シミュレーションの論文を紹介することで直観的なtrustworthynessの多様性について考えてみたいと思います。

PDF | SLIDE

2014/02/07 深代

Higher social class predicts increased unethical behavior
Piff PK, Stancato DM, Côté S, Mendoza-Denton R, Keltner D.
Proc Natl Acad Sci U S A. 2012 Mar 13;109(11):4086-91. doi: 10.1073/pnas.1118373109.

本日は、Social classと unethical behaviorについての論文を紹介したいと思います。
モラルや倫理観についての論文は多々ありますが、フィールドスタディでうまくコントロールをした論文はあまりなかったので、紹介したいと思います。

PDF | SLIDE

2014/01/31 山中

Causal Evidence of Performance Monitoring by Neurons in Posterior Cingulate Cortex during Learning
Heilbronner SR, Platt ML
Neuron. 2013 Dec 18;80(6):1384-91.

Highlights
► CGp neurons responded phasically to errors and predicted future poor performance
► Reversible inactivation of posterior cingulate blocked new learning
► Default mode network activity is necessary for cognitively demanding performance

Posterior cingulate cortex(CGp)のエラー信号が
行動のモニター＆補償に関与するという内容です。
main findingは、
(1) CGpがoutcome periodでエラー信号をコードすること(error trialの方がcorrect trialよりも応答が大きい)
(2) 学習初期におけるこのエラー信号が学習後期のパフォーマンスを予測すること
(3) CGpをムシモルで不活化すると学習が阻害される(novel, small-reward stimulusのみ)

特に(2)のパフォーマンス予測(Fig.S2)がcorrect trialのデータだけ集めても予測できるというのはどういうことなのか？
Outcome提示期間のエラーシグナルだけでなく、Haydenらが示したようなベースラインそのものが変わっていたりするのか？

PDF | SUPPL | SLIDE

---
★CGp Review
Posterior cingulate cortex: adapting behavior to a changing world.
Pearson JM, Heilbronner SR, Barack DL, Hayden BY, Platt ML.
Trends Cogn Sci. 2011 Apr;15(4):143-51. doi: 10.1016/j.tics.2011.02.002. Epub 2011 Mar 21.

★Default mode network
A default mode of brain function.
Raichle ME, MacLeod AM, Snyder AZ, Powers WJ, Gusnard DA, Shulman GL.
Proc Natl Acad Sci U S A. 2001 Jan 16;98(2):676-82.

2014/01/31 高見

Progress seminar

SLIDE

2014/01/24 榎本

The behavioral and neural mechanisms underlying the tracking of expertise.
Boorman ED, O'Doherty JP, Adolphs R, Rangel A.
Neuron. 2013 Dec 18;80(6):1558-71.

　確率的に増減する資産の変動を推定するエージェントの成績を当てる課題において、エージェントがヒトの場合とコンピュータアルゴリズムの場合（じっさいはどっちもアルゴリズム）で被検者の行動と脳活動がちがった、という話です。被検者の行動は（準最適な）ベイズ則によってよく記述できました。エージェントがヒトの場合は、被検者と同じ予測で正解したときにアルゴリズムよりも良く評価され、間違えたときも大目に見てもらえるのに対して、エージェントがアルゴリズムの場合は、被検者と違う予測をして不正解だったときに、ヒトよりもペナルティが大きい。そんでfMRIイメージングにおいて、右側のOFCとmPFCがこれらの行動パターンと似た活動を示した、という。あとはTPJとか線条体とかまあいろいろ。

　いぜん紹介した鈴木さんの論文や、ベーレンスの過去の仕事とも深く関係するものです。モデル比較や強化学習モデルでの試算なんかもいろいろやってるので興味のある向きはSIもよく読んでみてください。それでは都知事選、相手がヒトだからといって甘くみずに、よく考えて投票しましょう。

Assessing Others: Evaluating the Expertise of Humans and Computer Algorithms


PDF+SI | SLIDE

2014/01/24 池上

Temporal structure of motor variability is dynamically regulated and predicts motor learning ability
Wu HG, Miyamoto YR, Castro LN, Olveczky BP, Smith MA
Nat Neurosci. 2014 Jan 12. doi: 10.1038/nn.3616.

ヒト運動学習の論文を紹介します。
この研究は、運動システムにとって不可避な運動ノイズに起因すると考えられてきた運動のばらつきが実は学習能力と密接に関連しており、運動のばらつきによって個々の学習能力が予測できることを示しました。さらに、運動システムは、学習過程において、そのばらつきの構造を積極的にreshapeすることによって、より効率的な解の探索を可能にしていることを示唆する結果を報告しています。

SLIDE | PDF | SUPPL

2014/01/17 杉本

Linear Bellman Combination for Control of Character Animation
Marco da Silva, Frédo Durand, Jovan Popović
ACM Transactions on Graphics (TOG) - Proceedings of ACM SIGGRAPH 2009 TOG Volume 28 Issue 3, August 2009  Article No. 82
ベルマン方程式を線形化することにより、
複数の制御器の重ね合わせや汎化を行った論文を紹介します。

ベルマン方程式は非線形な微分方程式であるため、
重ね合わせや汎化は一般的に不可能なのですが、
ある条件下では重ね合わせが可能な線形微分方程式に変形できる、と言う内容です。

PDF | SLIDE

2014/01/17 上條

Input integration around the dendritic branches in hippocampal dentate
granule cells
Tadanobu C Kamijo, Hirofumi Hayakawa, Yasuhiro Fukushima, Yoshiyuki Kubota, Yoshikazu Isomura, Minoru Tsukada, Takeshi Aihara
DOI: 10.1007/s11571-014-9280-6

先日cognitive neurodynamicsにアクセプトされました
私の論文を紹介します。
このセミナーでも何度か紹介してますが、改めて説明したいと思います。

海馬歯状回顆粒細胞の樹状突起分岐周辺における入力統合についてです。
アンケージング刺激によって樹状突起分岐点周辺に時空間的に異なる刺激をした際の閾値下のEPSPの非線形性について調べた内容となります。

PDF | SLIDE