脳の計算論と生物学の統合による感覚減衰の発生機序の解明及び精神疾患理解への展開

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本研究は、自由エネルギー原理に基づいた再帰型神経回路モデルを用いて、感覚減衰の自己組織化シミュレーションを行い、その変調として統合失調症や自閉スペクトラム症をはじめとする精神疾患の計算メカニズムを理解することを目的としている。本年度は、感覚減衰に関する新しい計算理論を考案し、神経回路モデルを用いたシミュレーション実験を行った。具体的には、感覚減衰は自己の運動予測に対して予測可能性が常に高く変動性が小さい刺激において生じ、逆に予測可能性の変動性が高い刺激においては感覚が増幅されるという新しい理論を提案した。実験では、シミュレーション環境上にアームロボットを構成し、物体を自身で動かす文脈と、物体が外部的に動かされ、その予測可能性が変動する文脈について、それぞれの視覚運動パターンの学習データを用意した。学習データを階層的な再帰型神経回路モデルに学習させた結果、物体を自身で動かす文脈においては、感覚皮質に対応する神経回路モデルの部位の神経ダイナミクスが減弱し、一方で、外部的に物体が動かされる文脈においては、同部位の神経ダイナミクスが増幅されるように自己組織化されることを確認した。また、感覚領域における神経ダイナミクスの減弱と増幅は、前頭葉に対応する高次の実行領域の神経ダイナミクスの変化に応じてスイッチングされることが分かった。さらに、多感覚を統合する連合領域における予測誤差の反応性を実験的に操作し学習への影響を調べた結果、連合領域で予測誤差反応性を小さくすることで感覚領域での感覚減衰が起きにくくなる一方で、逆に大きくした場合には感覚減衰のメカニズムは発達するが、実行領域に基づいた動的な環境への適応能力が低下することが分かった。これらの結果は、統合失調症における感覚減衰や自己感の変調、自閉スペクトラム症における感覚減衰の正常さと認知柔軟性の低下、といった相違性について示唆を与える。