2015/10/14 鮫島

Signatures of Value Comparison in Ventral Striatum Neurons

Caleb E. Strait, Brianna J. Sleezer, Benjamin Y. Hayden
PLoS Biol. 2015 Jun; 13(6): e1002173.

明日は、ちょっと古いですけどHaydenのPlos biologyの論文を中心に、 「価値に基づく意思決定がどこでどのようにおきるか？」について、 またそれを検証する方法について考えたいと思います。

 よろしくお願いします。

Abstract
The ventral striatum (VS), like its cortical afferents, is closely associated with processing of rewards, but the relative contributions of striatal and cortical reward systems remains unclear. Most theories posit distinct roles for these structures, despite their similarities. We compared responses of VS neurons to those of ventromedial prefrontal cortex (vmPFC) Area 14 neurons, recorded in a risky choice task. Five major response patterns observed in vmPFC were also observed in VS: (1) offer value encoding, (2) value difference encoding, (3) preferential encoding of chosen relative to unchosen value, (4) a correlation between residual variance in responses and choices, and (5) prominent encoding of outcomes. We did observe some differences as well; in particular, preferential encoding of the chosen option was stronger and started earlier in VS than in vmPFC. Nonetheless, the close match between vmPFC and VS suggests that cortex and its striatal targets make overlapping contributions to economic choice.

じっさいの実験データも公開されています。

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2015/07/01 榎本

Neuronal prediction of opponent's behavior during cooperative social interchange in primates
Keren Haroush, Ziv M. Williams
Cell. 2015 Mar 12;160(6):1233-45. doi: 10.1016/j.cell.2015.01.045.

Highlights

• Cingulate neurons predict another agent’s unknown decisions during social interaction 
• Other-predictive neurons are sensitive to social context, but not to expected reward 
• Distinct cingulate neurons encode the individual’s own decisions to cooperate or defect 
• Disrupting cingulate activity selectively inhibits mutually beneficial interactions

繰り返し囚人のジレンマゲームをおこなう横に並んだ二頭のアカゲザルの帯状皮質背側部（dACC）の細胞活動は相手の行動を予測する（デコードできる）。自分自身の戦略依存的な応答を示す細胞や報酬の期待値を表現するような細胞とは別の集団らしい。相手がコンピュータだったり、相手のサルが別室にいるばあいは協力戦略が減り、相手の行動予測応答を示す細胞の割合も減る。電気刺激で細胞活動を攪乱すると相手の協力行動に対して協力する割合が減るが、パレート最適なゼロサムゲームでは影響なし。社会的状況が重要ってことらしいけど、でもそのSocial contextっていったい何なんでしょうね。相手の表情を見たりすることはできないようにしてあるとしても、ジュース飲んでるところは見たり聞いたりできるはずなので、視線データでもいいからなにか行動指標がほしいところ。あとヒストロジーとまではいわんけど活動記録した場所の写真いっこでも載せて欲しいです。ていうかなんでCell誌？

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Shared decision-making drives collective movement in wild baboons
Ariana Strandburg-Peshkin, Damien R. Farine, Iain D. Couzin, Margaret C. Crofoot
Science 19 June 2015: Vol. 348 no. 6241 pp. 1358-1361. DOI: 10.1126/science.aaa5099

おまけです。オリーブヒヒの群移動におけるデモクラシー……というか多数決。選択肢が似てるばあいは折衷案を採るところなんかおもしろいです。

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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。

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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。

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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。

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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

2013/09/20 野々村

明日のセミナーは，添付した論文を紹介したいと思います．
SNc背外側領域のdopamine neuronがcognitice signalを，腹内則領域が
motivational signalを表象していることを発見した論文です．

Distinct representations of cognitive and motivational signals in midbrain dopamine neurons.
Matsumoto M, Takada M.
Neuron. 2013 Sep 4;79(5):1011-24.

Highlights

• Dopamine neurons represent cognitive and motivational signals
• Activity of dorsolateral dopamine neurons reflects working memory demand
• Ventromedial dopamine neurons encode conventional reward prediction signals
• These data are in favor of the functional segregation of dopamine neurons

また，これらの領域と他の領域（皮質と線条体）との解剖学的結合を踏まえた上で，cognitive signalとmotivational signalがどのように情報処理されているかを議論したいと思っています．

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2013/05/17 渡邊言也

Responses of pulvinar neurons reflect a subject's confidence in visual categorization.

Komura Y, Nikkuni A, Hirashima N, Uetake T, Miyamoto A.

Nat Neurosci. 2013 May 12.

視床の一部であるPulvinar(視床枕)はこれまでにAttentionや眼球運動、無意識の情動反応などに関係していると言われてきましたが、その脳における計算理論的な役割は不明でした。本研究ではこのPulvinarには主観的なPerceptualconfidenceの情報が表現されているということを明らかにしました。

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2013/03/26 鮫島

Prefrontal and striatal activity related to values of objects and locations.
Kim S, Cai X, Hwang J, Lee D.
Front Neurosci. 2012;6:108.

私の方は、ちょっと古いですが昨年出ているDeayeol Leeラボの論文を紹介します。object value の比較codingがDLPFCとstriatumに少ないけどちゃんとある、という論文です。

よろしくお願いします。

2013/03/18 木村

The primate amygdala combines information about space and value.
Peck CJ, Lau B, Salzman CD.
Nat Neurosci. 2013 Mar;16(3):340-8.

A stimulus predicting reinforcement can trigger emotional responses, such as arousal, and cognitive ones, such as increased attention toward the stimulus. Neuroscientists have long appreciated that the amygdala mediates spatially nonspecific emotional responses, but it remains unclear whether the amygdala links motivational and spatial representations. To test whether amygdala neurons encode spatial and motivational information, we presented reward-predictive cues in different spatial configurations to monkeys and assessed how these cues influenced spatial attention. Cue configuration and predicted reward magnitude modulated amygdala neural activity in a coordinated fashion. Moreover, fluctuations in activity were correlated with trial-to-trial variability in spatial attention. Thus, the amygdala integrates spatial and motivational information, which may influence the spatial allocation of cognitive resources. These results suggest that amygdala dysfunction may contribute to deficits in cognitive processes normally coordinated with emotional responses, such as the directing of attention toward the location of emotionally relevant stimuli.

2013/01/28 木村

Human dorsal anterior cingulate cortex neurons mediate ongoing behavioural adaptation.
Sheth SA, Mian MK, Patel SR, Asaad WF, Williams ZM, Dougherty DD, Bush G, Eskandar EN.
Nature. 2012 Aug 9;488(7410):218-21.

The ability to optimize behavioural performance when confronted with continuously evolving environmental demands is a key element of human cognition. The dorsal anterior cingulate cortex (dACC), which lies on the medial surface of the frontal lobes, is important in regulating cognitive control. Hypotheses about its function include guiding reward-based decision making1, monitoring for conflict between competing responses2 and predicting task difficulty3. Precise mechanisms of dACC function remain unknown, however, because of the limited number of human neurophysiological studies. Here we use functional imaging and human single-neuron recordings to show that the firing of individual dACC neurons encodes current and recent cognitive load. We demonstrate that the modulation of current dACC activity by previous activity produces a behavioural adaptation that accelerates reactions to cues of similar difficulty to previous ones, and retards reactions to cues of different difficulty. Furthermore, this conflict adaptation, or Gratton effect2, 4, is abolished after surgically targeted ablation of the dACC. Our results demonstrate that the dACC provides a continuously updated prediction of expected cognitive demand to optimize future behavioural responses. In situations with stable cognitive demands, this signal promotes efficiency by hastening responses, but in situations with changing demands it engenders accuracy by delaying responses.

2013/01/22 榎本

Neuronal reference frames for social decisions in primate frontal cortex.
Chang SW, Gariepy JF, Platt ML.
Nat Neurosci. 2012 Dec 23.


紹介記事
http://www.nature.com/news/monkey-brain-area-keeps-count-of-kindnesses-1.12116

http://phenomena.nationalgeographic.com/2012/12/23/social-brain-one-neuron-at-a-time/

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。

2012/11/13 木村

Neural encoding of competitive effort in the anterior cingulate cortex.
Hillman KL, Bilkey DK.
Nat Neurosci. 2012 Sep;15(9):1290-7

2012/11/05 榎本

Self-monitoring of social facial expressions in the primate amygdala and cingulate cortex.
Livneh U, Resnik J, Shohat Y, Paz R.
Proc Natl Acad Sci U S A. 2012 Nov 13;109(46):18956-61.



サルとサルを向かい合わせて、そのさいの表情変化と扁桃体・ACCの活動について調べた仕事です。解析がけっこうおもしろい。



おまけ
http://www.plosbiology.org/article/info%3Adoi%2F10.1371%2Fjournal.pbio.1001411

http://pmretract.heroku.com/journals


おまけその2

2012/10/22

鮫島さん

Preference by association: how memory mechanisms in the hippocampus bias decisions.
Wimmer GE, Shohamy D.
Science. 2012 Oct 12;338(6104):270-3.

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野々村さん

Human dorsal anterior cingulate cortex neurons mediate ongoing behavioural adaptation.
Sheth SA, Mian MK, Patel SR, Asaad WF, Williams ZM, Dougherty DD, Bush G, Eskandar EN.
Nature. 2012 Aug 9;488(7410):218-21.

2012/10/01

榎本

Social error monitoring in macaque frontal cortex.
Yoshida K, Saito N, Iriki A, Isoda M.
Nat Neurosci. 2012 Sep;15(9):1307-12.

　＊

山中

Lateralization of observational fear learning at the cortical but not thalamic level in mice.
Kim S, Mátyás F, Lee S, Acsády L, Shin HS.
Proc Natl Acad Sci U S A. 2012 Sep 18;109(38):15497-501.

2012/07/23 木村

Aversive-bias and stage-selectivity in neurons of the primate amygdala during acquisition, extinction, and overnight retention.
Livneh U, Paz R.
J Neurosci. 2012 Jun 20;32(25):8598-610.

2012/03/05 榎本

榎本

Modulation of value representation by social context in the primate orbitofrontal cortex.
Azzi JC, Sirigu A, Duhamel JR.
Proc Natl Acad Sci U S A. 2012 Feb 7;109(6):2126-31.

さる三頭！