行動を最適化するオペラント学習回路ダイナミクス

オペラント学習を担う大脳皮質と大脳基底核の神経回路ダイナミクスを構成細胞の機能的活動と遺伝子発現と投射先の固有特性に基づいて明らかにします。

　ヒトを含む動物では、環境の変化に脳が適応して、生存に有利な結果をもたらす自発的行動を試行錯誤で促進するオペラント学習がみられます。この学習には大脳皮質と大脳基底核が形成する神経回路ループが関与すると考えられていますが、その詳しい神経回路メカニズムは謎に包まれたままです。
　本計画研究では、オペラント学習に伴う大脳皮質や大脳基底核の神経回路の遷移状態を生み出す仕組みを、個別の神経細胞やシナプス結合の特性を踏まえた視点から理解することを目指します。具体的には、ラットやマウスのオペラント学習を担う大脳皮質諸領域のPT型・IT型投射細胞や大脳基底核線条体の直接路・間接路投射細胞などに注目します。マルチユニット記録、ジャクスタセルラー（傍細胞）記録、2光子カルシウムイメージングなどで神経細胞の機能的活動を計測し、それらの神経細胞をバーコード付きのプラスミドDNAや軸索伝搬ウイルストレーサーなどでラベルしたうえで、単一細胞RNA-seq解析を実施します。次に、各細胞の機能的活動、遺伝子発現変化、投射領域などの固有特性に基づいて、単一細胞レベルの分解能でオペラント学習に関与する責任回路を絞り込み、理論モデルからの検証と併せて、オペラント学習回路ダイナミクスの本質に迫ります。さらに、多彩なオペラント学習に幅を広げてそれぞれの担当脳回路の相違を探るとともに、オペラント学習回路を支えるシナプス結合の機能特性の変化にまで切り込みます。その過程で、他の計画班（堀江班、藤山班、下郡班、島崎班など）や公募班の皆さんとも積極的に連携協力して適応回路センサスを実現します。

【研究紹介図】

主要な関連論文

1. Kawabata M et al. (2020) A spike analysis method for characterizing neurons based on phase locking and scaling to the interval between two behavioral events. J Neurophysiol 124: 1923-1941.
2. Soma S et al. (2019) Ipsilateral-dominant control of limb movements in rodent posterior parietal cortex. J Neurosci 39: 485-502.
3. Nonomura S et al. (2018) Monitoring and updating of action selection for goal-directed behavior through the striatal direct and indirect pathways. Neuron 99: 1302-1314.