京大ら,霊長類の意思決定機構を光遺伝学で解明

京都大学,奈良先端科学技術大学院大学,生理学研究所は,報酬とリスクを獲得するバランスの制御に関わる霊長類の戦略的意思決定の脳神経回路機構を解明した(ニュースリリース)。

ヒトを含めた動物は,生得的にリスク回避的に行動するが,報酬を得るためには,時としてリスクを受け入れる必要がある。

このような状況下において,リスク(失敗確率)とリターン(報酬)のバランスをどのように取るか,すなわち目標達成のためにいずれの行動ー「高い失敗確率・高い報酬量(HH)」か,「低い失敗確率・低い報酬量(LL)」か―を選択するかは,その場面・状況や自他の環境などに応じた柔軟な意思決定に基づく。しかし,報酬とリスクの情報を統合し,そのバランスを柔軟に制御する脳神経回路のメカニズムについては,不明な点が多かった。

今回研究では,霊長類の意思決定に関わる個々の神経回路を特定し,意思決定の外的なコントロールが可能であることを示した。

まず,HHかLLか,どちらかを選択するという単純な二者択一課題をサルに遂行させると,サルはHHをより好む傾向があった。この課題遂行中に前頭前野の様々な領域を細かく分けて網羅的に抑制すると,特に腹外側6野下端(6V)において,リスク嗜好が消失することが明らかとなり,リスク嗜好性を担う主要な部位である可能性が示された。

そこで次に,報酬獲得に関する意思決定に重要な役割を担っている中脳の腹側被蓋野(VTA)から,この6Vへの脳回路に着目し,この経路を選択的に光遺伝学的手法を用いて刺激した。

すると,HH嗜好が高まる部位(腹側:6VV)とLL嗜好が高まる部位(背側:6VD)が見つかった。このように個別の経路を選択的に活性化することでサルの嗜好を調節することに成功した。さらに,この光照射による活性化が実験日を超えて蓄積する長期効果があることもわかった。

また,光刺激によるHH嗜好の依存効果と脳活動の関係を比較したところ,有意な脳活動の変化が確認された。この6V脳領野の神経活動を用いて,神経計算論的デコーディング解析からサルの意思の解読にも成功した。

これらの結果は,リスク嗜好的な意思決定様式が,VTA-6VV経路の繰り返し刺激による活性化により,依存的に蓄積する傾向を示唆している。サルを用いた高度な認知課題において,光遺伝学的手法により脳回路操作の効果をロバストに観察できた前例は極めて少なく,技術的にも世界の最先端を行く先駆的な研究だとする。

研究グループは,過度の嗜好性をバランスよく調節することで,依存症の治療などの臨床応用などへの発展の一助となることが期待されるとしている。

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