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玉川大学

玉川大学脳科学研究所研究成果　目標に向けて行動を改善する大脳基底核の回路を解明！ ～意志決定と行動選択の仕組みの理解に一歩近づく～ 米国科学誌『Neuron』に論文を発表

玉川大学脳科学研究所（東京都町田市／所長：小松 英彦）の野々村 聡 研究員、礒村 宜和 教授、木村 實 客員教授を中心とする、福島県立医科大学、生理学研究所などとの共同研究グループは、私たちが目標に向けて行動を改善する際に、大脳基底核の直接路が望ましい行動の再選択に、間接路は結果が悪い時に選択を切り替えることに、それぞれ関与していることを初めて明らかにしました。この研究成果は、2018年8月24日（金）0時（日本時間）に米国の科学誌『Neuron』に掲載されました。
＜この研究のポイントと展望＞
・大脳基底核の直接路が望ましい行動の再選択、間接路は悪い結果の選択を切り替えることを解明した（世界初）
・心理学の基礎理論「行動は報酬と懲罰によって形成される」の脳内メカニズムの解明に近づく
・新観測技術「Multi‐Linc法」により多数の神経細胞の信号の伝導が観測できた
・大脳基底核の全容理解はパーキンソン病や動機づけ障害などの神経疾患の解明につながる
　碁・将棋やスポーツで最適と思われる選択肢を試みて、結果が望ましければ再び試みるが、良くなければ別を選択するように、私たちは目標に向けた判断や試行錯誤によって行動を改善しています。ヒトの脳機能をイメージで捉える研究や動物の脳の刺激・破壊・活動記録の研究によって、このはたらきには脳の表面にある大脳皮質と深部にある大脳基底核が欠かせない役割を果たすことが知られています。しかし、大脳基底核の情報処理システムの主要な経路である直接路と間接路（注1）が目標と過去の経験をもとに判断・意志決定し、行動を選択・実行し、結果の良し悪しによって改善するしくみの理解は、技術的な困難さのために推測に留まっていました。
　本研究では、従来の成果に最先端の技術（新観測技術「Multi‐Linc法」　注2）を組み合わせることで、直接路は行動選択の結果報酬を得た場合にその行動を再び選択し、間接路は無報酬であった場合に選択を切り替えることを発見しました。BF Skinner（1938）の提唱で現代心理学の基礎理論「行動は報酬と懲罰によって形成される」の脳内メカニズムの解明に一歩近づくと共に、パーキンソン病や動機づけ障害などの神経疾患の病因・病態理解に繋がる成果となりました。
　実験方法や実験結果については添付PDFご覧ください。
■ 今後の発展
　この研究では、革新的な脳活動計測技術と神経回路特異的な遺伝子組み換え動物を応用して、大脳基底核の直接路と間接路が担う心理学の基礎理論「行動は報酬と懲罰によって形成される」の脳内メカニズムの糸口を解明しました。この成果を大脳基底核のしくみとはたらきの全容理解に向けた研究に繋げます。具体的には、大脳基底核のはたらきは、中脳から線条体に投射するドーパミン細胞によって強力にコントロールされ、その異常はパーキンソン病や動機づけ障害などの神経疾患を生じることが良く知られているので、直接路と間接路による意志決定と行動選択のはたらきがドーパミン投射によってどのように調節されるかを明らかにしたいと思います。

■ 用語説明
（注1）大脳皮質と大脳基底核と視床が形成するループ状回路において、大脳基底核の入口（線条体）から出口（淡蒼球内節・黒質網様部）へ直接または間接に結合する2大投射経路。拮抗的に作用すると想定されており、パーキンソン病の病態にも密接に関連しています。
（注2）「スパイク衝突」という現象を利用して、ひとつの脳部位の多数の神経細胞の発生するスパイク放電が神経回路を介して別の脳部位（この場合には線条体から淡蒼球）に伝導することを同時に観測することができる新しい方法。

■ 掲載論文
論文タイトル：Monitoring and Updating of Action Selection for Goal-Directed Behavior through the Striatal Direct and Indirect Pathways
和訳：目標に向けて行動選択をモニターし、更新する線条体の直接路と間接路

＜本研究について＞
　玉川大学、福島県立医科大学、生理学研究所などの共同研究として、日本医療研究開発機構（AMED）の革新的技術による脳機能ネットワークの全容解明プロジェクト「光遺伝学的に投射先を同定するマルチニューロン記録技術の開発」、科学研究費補助金、私立大学戦略的研究基盤形成支援事業などの支援により実施されました。

＜執筆者一覧＞
　玉川大学 脳科学研究所　野々村 聡
　福島県立医科大学 生体情報伝達研究所　西澤 佳代
　玉川大学 脳科学研究所　酒井 裕
　生理学研究所 大脳神経回路論研究部門　川口 泰雄
　福島県立医科大学 生体情報伝達研究所　加藤 成樹
　北海道大学大学院医学研究院　内ケ島 基政
　北海道大学大学院医学研究院　渡辺 雅彦
　玉川大学 脳科学研究所／順天堂大学　山中 航
　玉川大学 脳科学研究所／情報通信研究機構 　榎本 一紀
　生理学研究所 生体システム研究部門　知見 聡美
　生理学研究所 生体システム研究部門　佐野 裕美
　玉川大学 脳科学研究所　相馬 祥吾
　玉川大学 脳科学研究所　吉田 純一
　玉川大学 脳科学研究所　鮫島 和行
　京都大学大学院医学研究科　小川 正晃
　福島県立医科大学 生体情報伝達研究所　小林 和人
　生理学研究所 生体システム研究部門　南部 篤
　玉川大学 脳科学研究所　礒村 宜和※
　玉川大学 脳科学研究所　木村 實※†　　※責任著者　†筆頭責任著者

【研究内容に関するお問い合わせ】
　玉川大学　脳科学研究所
　TEL:　042-739-8430（研究室直通）
　特別研究員・客員教授　木村　實
　E-mail:　mkimura@lab.tamagawa.ac.jp
　教授　礒村 宜和
　E-mail:　isomura@lab.tamagawa.ac.jp
【AMED事業に関するお問い合わせ】
　戦略推進部 脳と心の研究課
　TEL:　03-6870-2222
　FAX:　03-6870-2244
　E-mail：brain@amed.ac.jp

本件に関するお問い合わせ先

住所
〒194-8610　町田市玉川学園6-1-1
TEL
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042-739-8723
E-mail
pr@tamagawa.ac.jp

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