今回の研究はまず、得られるかどうかが不確実である確率的な報酬(甘い水)を、ラットが能動的に求め続けるように訓練することからスタート。その結果ラットは、たまたまその報酬が得られずに「期待外れ」が生じても、その後、次の報酬獲得に向けて行動を切り替えることができたとする。

  • ラットに対する行動課題の概要図

    ラットに対する行動課題の概要図(出所:京大プレスリリースPDF)

そして、その行動中のラットにおけるドーパミン神経細胞の活動を、「オプト電気生理学法」と「カルシウムイメージング法」で確実に同細胞であることを確認しながら、ミリ秒～秒単位の時間精度で計測したという。すると、期待外れが生じた直後に活動が増す同細胞を、世界で初めて見出すことに成功したとする。このようなドーパミン細胞は、今回計測が行われた中脳の部位(腹側被蓋野の外側部)においては約半数程度もあり、非常に多いことが明らかにされた。

  • その新規ドーパミン細胞の電気活動の例

    その新規ドーパミン細胞の電気活動の例(出所:京大プレスリリースPDF)

続いて「ドーパミン量計測法」を用いて、そのドーパミン神経細胞の投射先である脳部位の「線条体(側坐核)」で、期待外れが生じた直後にドーパミン量が増加することが見出された。さらに「光遺伝学法」を用いて、期待外れが生じる瞬間に、側坐核に対してドーパミン神経回路の活動を人工的に刺激すると、期待外れを乗り越える行動を駆動することができたという。これらの結果から、期待外れを乗り越える機能を支える新しいドーパミン神経細胞とその神経回路が確認されたのである。

  • 期待外れを乗り越えるためのドーパミン神経回路

    期待外れを乗り越えるためのドーパミン神経回路(出所:京大プレスリリースPDF)

今回の研究成果は、意欲機能におけるドーパミンの新たな役割を解明し、意欲を支える脳の仕組みの常識を変える革新的な成果だとする。期待外れを乗り越える能力を支える神経細胞と神経回路が実在するという今回の成果は、将来的に、意欲が異常に低下するうつ病や、逆に異常に亢進する依存症など、さまざまな精神・神経疾患の新たな理解や治療法の開発につながることが期待されるという。また、幼少期から高齢期まで生涯を通した主体的な学びや自己啓発など、ヒトが日常的に行っている「高み」を目指す精神的営みに、重要な示唆を与えるともした。

研究チームは、今回見出された新しいドーパミン神経細胞が、どのような状況に対して活動を調節するのか、またその活動を生み出すメカニズムなどについて、今後さらなる研究が必要としている。