Department of Neuroscience, Faculty of Medicine, Tohoku Medical and Pharmaceutical University

課題研究（５期生：2022年度）

酒井　啓視　（大脳皮質の発生に関する研究）
小野　楓斗　脳情報処理の根源的原理を求めて:非線型振動子で行動計画課題を解く
向中野佑城　前頭前野における戦術行動下での神経活動解析

3期生・山田陽太君の研究成果を含む論文が出版されました(2022.6.2)

3期生の山田陽太君が第二著者に入った論文がFrontiers in Computational Neuroscience誌より出版されました。履歴に基づく行動は文脈依存です。医師が外来患者を次々診察する場合、診断は当該患者の前回診察時からの変化に基づきます。行動課題一試行中の各イベントにおける行動の学習と以前の試行の履歴に基づく行動の学習を両立する学習モデルを構築するには、強化学習のマルコフ性すなわち１つ前の状態に基づき行動選択を学習する枠組みを拡張せねばなりません。本学習モデルでは、先に発表したモデル(Katakura et al. 2022)の動的な行動価値関数を、文脈依存的、具体的には課題イベントに応じて生成することにより、一試行中の各イベントにおける行動の学習と以前の試行の履歴に基づく行動の学習を両立しました。本モデルは、高次脳機能解明に使用されてきた様々な行動課題を学習できる理論モデルの嚆矢となると期待されます。山田君は理論モデルのプログラミングおよびシミュレーションにおいて貢献してくれました。

課題研究（４期生：2021年度）

鈴⽊　智貴　（大脳皮質の発生に関する研究）
宮津　正格　バイノーラルビートと持続的注意の関係性について
山田　彩郁　新しいECoG電極の性能のテスト

１期生・久野晴貴君の研究成果を含む論文が出版されました(2022.3.7)

1期生の久野晴貴くんが著者に入った論文がFrontiers in Computational Neuroscience誌より出版されました。強化学習は機械学習の一種で、環境の中でどうふるまうかを、直接教わるのではなく、正解不正解を通じて学習者自ら学習します。しかしながら、通常の強化学習では、今環境がどういう状態なのかについては、その固定されたバリエーションが学習モデルの中に事前知識として与えられているため、任意の環境への適応能力には大きな制限があります。今回、われわれは今環境がどういう状態なのかを自ら決定しながら学習するモデルを構築し、以前、サルに学習させた２ターゲット探索課題という課題でその性能を試したところ、高いパフォーマンスが得られました。２ターゲット探索課題では、これまでの成功体験を生かすべき時期（知識利用）と新しいことを探索する時期（探索）が交互に来ます。通常の強化学習では知識利用と探索は深刻なトレードオフ問題で、学習を通じ知識を蓄えるほどそれにこだわり探索しなくなります。 久野くんは、われわれの提案モデルにおいては知識利用と探索はトレードオフではなく、探索の仕方を学習していて探索期にも非常に合理的な探索をしていることを示してくれました（論文中の図１３）。今回提案した学習モデルは今後、環境への高い適応能力をもつ機械学習の開発だけでなく、高次脳機能障害の理論的解明にもつながると期待されます。

課題研究（３期生：2020年度）

山田　陽太　状況依存的な学習を可能にする理論モデル
波岡　孝汰　自己組織化マップを用いた時間生成課題に関するニューロン活動の解析
原木　司　　（大脳皮質の発生に関する研究）

二期生・渡辺智文君の成果が論文として公開されました。(2020.12.13)

論文タイトルは、『Meta-analysis of cognitive and behavioral tests in leptin- and leptin receptor-deficient mice（レプチンおよびレプチン受容体欠損マウスにおける認知・行動課題のメタ分析）』(Tomofumi Watanabe, Kazuhiro Sakamoto, Neuroscience Research、Volume 170, September 2021, Pages 217-235)です。 レプチンは脂肪細胞により産生され、食欲抑制等の役割をもつホルモンですが、認知・行動への影響も指摘されています。しかしながら、肥満の動物モデルとして広く用いられるレプチンないしはレプチン受容体欠損マウスの認知・行動テストの結果は、研究グループ間で整合的なものではありませんでした。 そこで本研究では、レプチンないしはレプチン受容体欠損マウスの認知・行動テストを行った論文を数多く収集し、それらを包括的に解析するメタ分析を行いました。その結果、レプチンないしはレプチン受容体欠損マウスでは、記憶力の低下、うつ様行動が顕著である一方、不安様行動は示さないという結果が得られました。 近年、うつ病についての新たな仮説として、記憶形成に重要な役割を果たす海馬における炎症や神経新生の低下との関連が指摘されていますが、本研究の結果はそれと矛盾しないものでした。また、抗うつ効果と抗不安効果を併せ持つ抗うつ薬もありますが、それらの機序は同一ではないことも示唆しています。更に、論文では、実験に用いる動物の週齢やデバイスサイズへの注意も喚起しています。 考察では、学習・記憶、うつ、不安の関係を計算論的精神医学の観点で論じました。

課題研究（２期生：2019年度）

⻄⽅　優　　⼤脳⽪質形成期の神経細胞移動におけるSrc ファミリーキナーゼ経路の役割の検討
松川　洸子　自己組織化マップ(SOM)の導入による多次元ニューロンデータの解析
渡辺　智文　脂肪細胞と脳神経科学の関連性の論文検索とメタアナリシス

課題研究（１期生：2018年度）

伊藤　明伸　⼤脳⽪質における神経細胞移動の制御因⼦
久野　晴貴　ターゲット探索課題における知識利用と探索行動の関係性
若生　怜　　行動戦術の選択と行動決定における前頭前野後内側部の神経活動の解析

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