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

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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.

2013/08/07 山中

Canceling actions involves a race between basal ganglia pathways
Schmidt R, Leventhal DK, Mallet N, Chen F, Berke JD.
Nat Neurosci. 2013 Aug;16(8):1118-24. doi: 10.1038/nn.3456. Epub 2013 Jul 14.

Stop-Signal taskにおける行動のキャンセルプロセスが
大脳基底核の回路の中でどのように実現されているかというところに焦点を当てている論文です。


大脳基底核のあらゆるところにマルチ電極を刺して同時記録。
(1) SNrニューロンは線条体からの運動関連の抑制入力と視床下核(STN)からのSalient Cue(Stop signal)に対する興奮性入力を受ける
(2) これらの抑制性・興奮性入力の相対的な入力タイミングが行動をストップできるかどうかを決める(行動のゲーティング)
(3) SNrへの抑制性・興奮性入力を単純に加算するだけではこのゲーティングは起こらない
（Shunting inhibitionのようなことが起きている？）
(4) このような入力を受けるSNrの細胞はdorsolateralの部分(上丘の中間層に投射する領域)に位置している

STNのStop signalに対する超短潜時(15ms)の入力がどこから入ってくるのか、気になります。著者らはSubcorical、特にThalamus・PPNからの投射を考えているようです。
あとGP(サルだとGPe)があんまり関与していない結果でしたが、彼らはある刺激に従って行動をストップすることと行動をしないこと(NOGO)は別の回路だと考えていて(Berke, JDのHP)、indirect pathwayは行動をしないことに関与しているのではないかというようなことが書いてありました。

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参考：行動のストップに関するAronのレビュー
From reactive to proactive and selective control: developing a richer model for stopping inappropriate responses.
Aron AR
Biol Psychiatry. 2011 Jun 15;69(12):e55-68. doi: 10.1016/j.biopsych.2010.07.024. Epub 2010 Oct 8.

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2012/12/04 山中

Robust representation of stable object values in the oculomotor Basal Ganglia.
Yasuda M, Yamamoto S, Hikosaka O.
J Neurosci. 2012 Nov 21;32(47):16917-32.

大脳基底核の黒質網様部(SNr)が
文脈によって変化するflexibleな価値表現というよりも、
ある程度stableな価値(お金のような?)に基づいた
行動制御により強く関与していることを示しています。

大脳基底核のCaudate tail-SNr-SCという経路が
長期的な価値の計算に重要であることを示唆しています。

関連論文
What and where information in the caudate tail guides saccades to visual objects.
Yamamoto S, Monosov IE, Yasuda M, Hikosaka O.
J Neurosci. 2012 Aug 8;32(32):11005-16.

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Flexible valueのコーディングに
SNr->SCはあまり関与していないのでしょうか？
Sato and Hikosaka(2002)のときに記録したSNｒニューロンと
記録した部位が違う？

あとFig.13Bのchoice rateのプロットは
free-choiceのときのchoice rateを示しているのだとすれば、
(1ブロック30trialでforced trial=24trial,choice trial=6trial)
6trialしかないはずなんですが20~30点くらいあるのはなぜでしょうか？