大脳の細胞の役割を研究

Study on the role of cells in the cerebral brain

●研究の概要を教えてください

これまでの研究で、多数ある大脳皮質運動野、および前頭前野の働きをサルの行動下の細胞活動記録により明らかにしました。前頭葉の「カテゴリー細胞」、「先読み細胞」、「間を測る細胞」、「驚き細胞」、「行動戦略を表現する細胞」や頭頂葉の「ゼロを認識する細胞」など、さまざまな興味深い細胞の活動を見出し、報告してきました。
「先読み細胞」は、1手先、2手先、3手先の行動を行動以前に活動します。 下図は前頭前野の細胞が、まさに「先読み」をしている例です。

「ゼロを認識する細胞」は、我々が世界で初めて見出しました。サルの頭頂葉にあるこの細胞は、数の中でも「ゼロ」「空集合」を符号化します。しかもこの細胞は、「0、1、2、3、4」という数の連続性を表す活動パターンと、ゼロとゼロ以外を区別する活動パターンに分かれており、ゼロには他の数にない特性を示していました。ヒトにおいても、「0、1、2」でたとえ、一つの差しかなくても「無料」と言われると、行動に影響を及ぼすことが行動経済学で示されています。ゼロに対する特異な認知的特性は、サルにも前駆体としてみられると考えられます。
最近は脳活動などの振動現象に関心を持っています。脳には多数のリズムが入れ子状に構成されたり、同期したり、位相が反対になっていたり、と複雑な構造をしています。行動状態により、動的に変化することが分かりつつあります。そこで医工学者と生理機能計測機器の開発（電極、瞳孔計測器）で共同研究を行ったり、数理神経研究者と複雑系から脳機能の理解することを試みています。
当研究室の研究体制は下部のような図にまとめられます。

●What is your research summary?

Previous studies have revealed the roles of many cerebral cortex motor cortexes and pre-frontal cortexes by cellular activity records under the action of monkeys. We have found and reported various interesting cellular activities, such as “category cells”, “Read-ahead cells”, “cells measuring between”, “surprise cells”, “cells that express behavioral strategies” in Frontal lobe and “cells that recognize zero” in Parietal lobe.
“Read-ahead cells” act on one, two, or three-step ahead actions before people act on. The figure below shows an example of a cell in the pre-frontal field doing ” Read-ahead “.

“Cells that recognize zero” were found by us for the first time in the world. This cell in the monkey’s Parietal lobe encodes “zero” and “empty set” among the numbers. Moreover, this cell was divided into an activity pattern representing the continuity of the number such as “0, 1, 2, 3, 4” and an activity pattern that distinguishes between zero and non-zero, and zero showed characteristics not found in other numbers. Behavioral economics shows that humans, even though there is only one difference among “0, 1, 2” ,when you are said to be “free” , it affects behavior “power of free(zero)”. The unique cognitive properties of zero are thought to be seen in monkeys as precursors.
Recently, we have been interested in oscillatory phenomena such as brain activity. The brain has a complex structure in which many rhythms are organized in nesting-like structure and synchronized with phase-relatiohships. Depending on behavioral contexts, we have found that neural oscillations changes dynamically. Therefore, we are conducting joint research with medical engineers in the development of physiological function measuring instruments (electrodes and pupil measuring instruments), and  we are also trying to understand brain functions based on mathematical models from the perspective of complex systems.
The research structure of our laboratory is summarized in the figure shown at the bottom.

脳科学は社会のさまざまな分野に役立つ

Brain science is useful in various fields of society.

●研究室はどのような雰囲気ですか？

研究室には、授業とは別に個人的に脳科学に関心のある医学部の学生を積極的に受け入れています。医学部のみならず保健学科の卒論、他の学部の大学院生も相談に来ます。開放的な雰囲気づくりを心掛けています。大学院には留学生が2名おり、女性2名、男性4名、多様性ある研究室を目指しています。

●What’s the atmosphere like in your lab?

The laboratory actively accepts not only medical students, but also non-medical students who are personally interested in brain science apart from classes. Our lab is open to international students and undergraduates too. We try to create an open atmosphere. There are two international students in the graduate school with two women and four men, and we aim to create a diverse laboratory.

●学生にどのようなことを期待しているかなども含め、進学希望者へのメッセージをお願いします

脳研究は、学科横断的な広い視野をもった研究分野です。当分野の関心領域は行動制御に関わる脳神経機構の解明以外にも、脳活動計測技術、さらには脳神経回路の活動の動的な数理モデル化の研究などの共同研究も行っています。また、脳の働き方を研究し学ぶことで、生物学的、心理的、社会的な側面を持つヒトの理解につながり、ひいては社会のさまざまな分野にも役立つと思っています。学際的な研究を進めたいと真剣に思っている方はぜひご連絡ください。

●Please give a message to prospective students, including what you expect from the students.

Brain research is an interdisciplinary research field with a broad perspective across departments. In addition to elucidating the neural mechanisms involved in behavioral control, we are also conducting joint research on brain activity measurement technology and research on dynamic mathematical modeling of neural circuit activities. In addition, by studying and learning how the brain works, I think it will lead to understanding of human beings with biological, psychological, and social aspects, and thus be useful in various fields of society. If you are serious about conducting international research, please contact us.

●修了後はどのような進路がありますか？また、修了生はどのように活躍していますか？

研究者を希望する学生は、東北大学や他の大学、または生理学研究所、理化学研究所などの研究機関に進んでいます。身につけた技能や知識を社会や企業に役立てたいと思い、一般企業に就職した学生もいます。

●What career paths are available to the students after they graduate? What are the graduates doing well there?

Students who wish to become researchers are going to Tohoku University, other universities, or research institutions such as the Institute of Physiology or RIKEN. Some students have found employment in general companies because they want to use the skills and knowledge they have gained for society and companies.

●病院や企業に勤務しながらの修学は可能でしょうか？

研究テーマが合えば受け入れています。勤務と研究のバランスは要相談ですが、可能と思います。

●Is it possible to study while working at a hospital or in a company?

If the research theme is right, I accept. The balance between work and research is a necessary consultation, but I think it is possible.

●東北大学の良いところは？

総合大学として、さまざまな分野の研究者が所属しているので、すぐに相談できたり、共同研究できる環境があることです。実際には医工学、情報科学、生命科学、理学部、教育学部、文学部も含め、相談するといろいろな分野の深い理解ができて自分の研究にも役立ちます。教育に関しては多様なバックグランドをもつ人材を受け入れる伝統的な校風は良いところだと思います。

●What are the advantages of Tohoku University?

As a university with multiple departments, researchers from various fields belong to it, so there is an environment where we can consult immediately and jointly research. In fact, if you consult other people, including medical engineering, information science, life sciences, the Faculty of Science, the Faculty of Education, and the Faculty of Letters, you will be able to have a deep understanding of various fields and it will be useful for your own research. When it comes to education, I think is a good thing to have the traditional school style of accepting human resources with diverse backgrounds.

大学の研究にコミュニケーション教育を

意外に思われるかもしれませんが、私は即興再現劇に関心があり、この数年定期的にワークショップに参加してプロの方から学んでいます。また大学でこの即興再現劇を取り入れたコミュニケーション教育を行っています。「人はみなストーリーを持っている」というのが即興再現劇のコアにある考え方です。私は即興演劇のノウハウを日常生活にのみならず大学の教育・研究に活かして、人とのコミュニケーションを大切にしていきたいと思っています。

Take communication education into university research

It may come as surprising, but I'm interested in Play Back Theater, a kind of non-scripted improvisation performance, and I've been attending workshops regularly for the past few years to learn from professionals. In addition, we conduct communication education by using this improvisation technique at the university. "All people have stories" is the core idea of Play Back Theater. I would like to improve communication skills not only in my daily life, but also in university education and research, and I would like to encourage people to work with multi-cultural background.