「時間とは何か」という疑問は、古来より、心理学者だけではなく、芸術家、小説家、哲学者、科学者、そして一般高等市民の心を捉えてやむことのなかった、根元的で深遠な、人類史上の最重要課題の一つである。その「時間」を認識する心や意識の働きとされるような認知機能が、物質である脳の電気および化学的な活動の結果として、どのように生じているのかという疑問は、現代においても依然として謎に包まれたままである。こうした「時間の認識」は、視覚や聴覚など他の知覚系とは異なり、時間だけを処理する受容体や、時間の情報のみを担っている脳の部位が存在しない。ヒトを含めた動物は、自らを取り巻く外部の世界から受け取る感覚情報と、自己の感覚と運動の情報を統合することによって、時間の認識を生み出さなくてはならない。その意味で、時間は「主観的な体験」であるといえる。
本研究においては、遺伝子改変マウスに対して適用可能な新しい行動実験系を構築し、時間情報が生成される過程について明らかにすることを目的として研究を行った。今回の研究期間においては、遺伝子改変動物の飼育環境を整備し、購入した遺伝子改変マウスを繁殖させることで、文学部心理学専攻の実験施設内にて、最先端のオプトジェネティクス（光遺伝学）の実験を行うことが可能な設備を構築した。これまでに、海馬を中心とした神経回路をオプトジェネティクスの手法を用いてタイミング選択的に興奮および抑制させることにより、動物の時間の認識を変化させることに成功している。また、行動薬理学的な操作や、頭部固定による利点を生かした画像解析による瞳孔サイズの生理学的計測、計算論的なモデル実験などを、実験心理学的な行動分析の手法と融合させることによって、時間を担う神経メカニズムについて調べるための分野融合的なプラットフォームを構築し、その成果については、大学院生や学部生と共に学会発表を行った。
Time perception is a subjective experience observed across many species. Animals need to create the subjective sense of time based on the integration of multiple sensory-motor information of self and perceivable objective events in the external world. Although many researchers have tried to understand the psychological and neurobiological mechanisms of the subjective experience of physical time, theories of time perception have been controversial, contradictory, and confusing. Here we designed a novel experimental setup that combined behavioral, neurobiological, and computational approaches in investigating interval timing. Head-fixed mice were trained on a fixed-time schedule Pavlovian conditioning task. We administered sucrose solution every 10s. No external conditioned stimulus was presented throughout the experiment. Mice could learn to anticipate the timing of the scheduled reward delivery. We found that the pattern of anticipatory licking is significantly modulated by motivational state. In addition, we also used a peak procedure task, in which regular trials are mixed with probe trials with non-rewarded long intervals, to assess the internal representation of the expected time of reward delivery. Mice showed a peak response around the trained 10s after the previous reward delivery. To investigate the neurobiological substrates for the timing behavior, we used an integrative approach that combined immunohistochemistry, pharmacology, physiology, chemogenetics, and optogenetics. This novel multi-disciplinary approach paves a way forward to study the neural mechanism of time perception.
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