2015/03/03 神代

Neural correlates of mental rehearsal in dorsal premotor cortex
Cisek P, Kalaska JF.
Nature. 2004 Oct 21;431(7011):993-6.

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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。

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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. 

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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


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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。

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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.

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.

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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.

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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。

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2013/10/25 榎本

Activity of striatal neurons reflects social action and own reward.
Baez-Mendoza R, Harris CJ, Schultz W.
Proc Natl Acad Sci U S A. 2013 Oct 8;110(41):16634-9.

　線条体細胞が社会的コンテキストにおいて他者の報酬・行動を反映した応答を示すという論文です。向かい合った二頭のサルが交互に行動し、自己/他者の報酬の有無が刻々変わる。線条体前部（被殻・尾状核）の投射細胞はさまざまなタイミングで応答し、その多くが自己の報酬の有無だけをコードしていたのだけれども、自己の行動・他者の行動の情報を持ってるやつも少なからずいました。相手をサルからコンピュータに変えると応答がなくなる細胞もいることが確かめられたので、これはソーシャルであろう、と結論してます。いままでご紹介したサル電気生理の仕事では、前頭内側皮質やOFC、またACCなんかが他者の行動や報酬に関係する活動を示すことを報告していますが、社会的な文脈における運動と報酬情報を両方持ってる脳部位として、線条体は重要であろう、という。

　とはいえ、後からごちゃごちゃ解析してる割にはTask epochごとの活動のちがい、Error trialによるReward/Action valueへの影響なんかについては言及していませんし（他者行動ニューロンはAction prediction errorみたいな応答をしている）、記録部位による活動の違いもありそうですけど何も記述がありません。サルは二頭しか使っていませんが（集団飼育している4頭のうちの順位の低い2頭を使用）、ヒエラルキーも影響するでしょう。もうちょっと突っ込んだ解析を期待したいところです。また、コントロール実験でコンピュータを相手にすると活動が変わった細胞がいましたが、半数以上がその影響がないわけで、皮質下の脳領域において、どこまで社会的状況が大事なのか疑問が残ります。

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おまけ
Ant colonies outperform individuals when a sensory discrimination task is difficult but not when it is easy

いつでも集合知が良いわけじゃないという話です

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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2013/02/04 鮫島

Concurrent activation of striatal direct and indirect pathways during action initiation.
Cui G, Jun SB, Jin X, Pham MD, Vogel SS, Lovinger DM, Costa RM.
Nature. 2013 Jan 23

Rui Costaのところから出たdirect/indirect を記録し分けた論文を紹介します。

2012/11/19 野々村

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.

本日は、サルが眼球運動課題を行っている際にsingle unit recordingを行うことによって、尾状核内のsubdevisionが異なった報酬情報を表現していることを 明らかにした論文を紹介したいと思います。