Research Abstract

連合記憶における予測誤差理論の決定的な証拠

Critical evidence for the prediction error theory in associative learning

2015年3月10日 Scientific Reports 5 : 8929 doi: 10.1038/srep08929

哺乳類の連合記憶では、予測された報酬と実際との乖離または誤差が、学習を起こすかどうかを決めるという考えが、広く認められている。しかし、この予測誤差理論の完全な証明は、どのような学習実験系であれ、まだえられていない。予測誤差理論は、ブロッキング現象の発見から案出されたものだが、ブロッキングは別の理論、たとえば選択的注意理論などによっても説明はつく。今回、コオロギの古典的条件づけのブロッキングから、選択的注意理論では説明できない証拠をえることができた。予測誤差理論を支持し、他の理論を除外する証拠をえるため、以前のコオロギ学習モデルを修正して予測誤差理論に合う神経モデルを構築し、そのモデルからの予測をテストした。そのモデルでは、報酬条件づけの際にオクトパミン性シナプス伝達を薬理学的に阻害すると、学習は阻害されるが報酬予測の形成自体は阻害されず、その後のトレーニングで学習は起きないことになる。そして実際に、この「オートブロッキング」が認められた。この結果は、予測誤差理論では説明可能だが、ブロッキングを説明しうる他の対抗理論では説明できない。この知見から、連合記憶における予測誤差理論の正当性が確実になった。

Kanta Terao, Yukihisa Matsumoto & Makoto Mizunami

Corresponding Author

水波 誠
北海道大学大学院 生命科学院

In associative learning in mammals, it is widely accepted that the discrepancy, or error, between actual and predicted reward determines whether learning occurs. Complete evidence for the prediction error theory, however, has not been obtained in any learning systems: Prediction error theory stems from the finding of a blocking phenomenon, but blocking can also be accounted for by other theories, such as the attentional theory. We demonstrated blocking in classical conditioning in crickets and obtained evidence to reject the attentional theory. To obtain further evidence supporting the prediction error theory and rejecting alternative theories, we constructed a neural model to match the prediction error theory, by modifying our previous model of learning in crickets, and we tested a prediction from the model: the model predicts that pharmacological intervention of octopaminergic transmission during appetitive conditioning impairs learning but not formation of reward prediction itself, and it thus predicts no learning in subsequent training. We observed such an “auto-blocking”, which could be accounted for by the prediction error theory but not by other competitive theories to account for blocking. This study unambiguously demonstrates validity of the prediction error theory in associative learning.

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