前頭連合野の作業記憶過程における層状の情報処理

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本研究の目的は、前頭前野の層のニューロン活動との関係を解析し、作業記憶の層状の情報処理様式を明らかにすることにあった。この目的のため、2頭のサルに眼球運動による遅延反応課題(ODR)課題を訓練した。ODR課題では、視覚刺激の位置を一時的に覚え、遅延のあとにその位置に眼を動かすことが課される。この課題をうまく行うためには、空間情報の作業記憶が必須であり、作業記憶を調べるのに適している。サルがこの課題を行っている際に、炭素封入ガラス電極を用いて前頭連合野からニューロン活動を記録した。一連の記録のあと、電極先端から直流電流を流し、炭素の沈着(直径百ミクロン程度)をつくり、記録部位のマークとした。これまでおよそ50個のニューロンでその層分布を調べ、ニューロン活動と層との関係を解析した。その結果、層によってニューロン活動の性質が異なることが判明した。つまり、皮質の浅い層には視覚刺激に応じるニューロンが多く、中層には遅延期に関係するニューロン活動が多かった。また、深層には遅延期と反応期の両方に関係するニューロンと反応期関連ニューロンが多くみつかった。さらに、ニューロンの空間コーディングをコサインカーブへのフィッティングにより計算し、この空間コーディングと皮質層との関係を調べた。そして、電極を皮質表面に対して垂直に刺入した場合、ニューロンがもっとも強く活動する方向(「好みの方向」)はおおむね一定することが判明した。以上のデータは、同様な空間コーディングをもつニューロンがコラム状に分布すること、そして、各コラム内で層状の処理が進行することを示唆する。ある空間位置に関する情報の受容→メモリ→行動出力という一連の作業記憶過程はあるコラム内で、上層から深層へと層状に進行すると考えられる。