HIROKAWA Junya
Organization for Research Initiatives and Development
Associate Professor
Last Updated :2022/12/05

Researcher Profile and Settings

Research Interests

  • 大脳皮質
  • 遺伝子発現
  • 自己制御
  • 線条体
  • ウイルス
  • 不確実性
  • テトロード
  • 局所神経回路
  • メタ認知
  • 感覚統合
  • 意思決定
  • 前頭前野
  • 光遺伝学
  • ラット

Research Experience

  • Doshisha University, Graduate School of Brain Science, Associate professor, 2015/07 - Today
  • Cold Spring Harbor Laboratory, Posdoc, 2011/01 - 2015/06
  • National Institute for Basic Biology, 脳生物学部門, Posdoc, 2008/04 - 2010/12
  • The Graduate University for Advanced Studies, 基礎生物学専攻, 博士課程, 2004/04 - 2008/03

Education

  • The Graduate University for Advanced Studies, School of Life Science, Department of Basic Biology, 2004/04 - 2008/03
  • Shizuoka University, Graduate School of Science and Engineering, 生物地球環境科学専攻, 2002/04 - 2004/03
  • Shizuoka University, Faculty of Science, 生物地球環境科学科, 1998/04 - 2002/03

Association Memberships

  • Society for Neuroscience, 9999
  • 日本神経科学学会, 9999

Committee Memberships

  • Frontiers Review Editor for Decision Neuroscience, - Today

Awards

  • Cosyne Presenter Travel Grant
    2012, Computational and Systems Neuroscience Meeting (COSYNE)
  • 短期研究助成
    2009, (財)東洋紡百周年記念バイオテクノロジー研究財団

Published Papers

  • Auditory cortex neurons show task-related and learning-dependent selectivity toward sensory input and reward during the learning process of an associative memory task
    Shogo Takamiya; Kazuki Shiotani; Tomoya Ohnuki; Yuma Osako; Yuta Tanisumi; Shoko Yuki; Hiroyuki Manabe; Junya Hirokawa; Yoshio Sakurai
    eNeuro, Society for Neuroscience, 0046-22.2022, 12 May 2022, Scientific journal
  • Over-representation of fundamental decision variables in the prefrontal cortex underlies decision bias
    Tomoya Ohnuki; Yuma Osako; Hiroyuki Manabe; Yoshio Sakurai; Junya Hirokawa
    Neuroscience Research, Elsevier BV, 173 1 - 13, Dec. 2021, Scientific journal
  • Hippocampal CA1 Neurons Represent Positive Feedback During the Learning Process of an Associative Memory Task
    Shogo Takamiya; Kazuki Shiotani; Tomoya Ohnuki; Yuma Osako; Yuta Tanisumi; Shoko Yuki; Hiroyuki Manabe; Junya Hirokawa; Yoshio Sakurai
    Frontiers in Systems Neuroscience, Frontiers Media SA, 15:718619, 06 Sep. 2021, Scientific journal
  • Contribution of non-sensory neurons in visual cortical areas to visually guided decisions in the rat
    Yuma Osako; Tomoya Ohnuki; Yuta Tanisumi; Kazuki Shiotani; Hiroyuki Manabe; Yoshio Sakurai; Junya Hirokawa
    Current Biology, Elsevier BV, 31(13) 2757 - 2769.e6, Jul. 2021, Scientific journal
  • Bi-directional encoding of context-based odors and behavioral states by the nucleus of the lateral olfactory tract.
    Yuta Tanisumi; Kazuki Shiotani; Junya Hirokawa; Yoshio Sakurai; Hiroyuki Manabe
    iScience, 24(4) 102381 - 102381, Apr. 2021, Scientific journal
  • Dynamic coordination of the perirhinal cortical neurons supports coherent representations between task epochs
    Tomoya Ohnuki; Yuma Osako; Hiroyuki Manabe; Yoshio Sakurai; Junya Hirokawa
    Communications Biology, Springer Science and Business Media LLC, 3(1), Dec. 2020, Scientific journal
  • Encoding of odor information and reward anticipation in anterior cortical amygdaloid nucleus
    Kazuki Shiotani; Yuta Tanisumi; Junya Hirokawa; Yoshio Sakurai; Hiroyuki Manabe
    Cold Spring Harbor Laboratory, 20 Nov. 2020
  • Tuning of olfactory cortex ventral tenia tecta neurons to distinct task elements of goal-directed behavior
    Kazuki Shiotani; Yuta Tanisumi; Koshi Murata; Junya Hirokawa; Yoshio Sakurai; Hiroyuki Manabe
    eLife, eLife Sciences Publications, Ltd, 9, 04 Aug. 2020, Scientific journal
  • Behavior- and Modality-General Representation of Confidence in Orbitofrontal Cortex
    Paul Masset; Torben Ott; Armin Lak; Junya Hirokawa; Adam Kepecs
    Cell, Elsevier BV, 182(1) 112 - 126.e18, Jul. 2020, Scientific journal
  • Reinforcement biases subsequent perceptual decisions when confidence is low, a widespread behavioral phenomenon
    Armin Lak; Emily Hueske; Junya Hirokawa; Paul Masset; Torben Ott; Anne E Urai; Tobias H Donner; Matteo Carandini; Susumu Tonegawa; Naoshige Uchida; Adam Kepecs
    eLife, eLife Sciences Publications, Ltd, 9, 15 Apr. 2020, Scientific journal
  • Frontal cortex neuron types categorically encode single decision variables
    Junya Hirokawa; Alexander Vaughan; Paul Masset; Torben Ott; Adam Kepecs
    Nature, 576 446 - 451, Dec. 2019, Scientific journal
  • Single neuron and population coding in a higher-order cortical area
    Ohnuki T; Osako Y; Manabe H; Sakurai Y; Hirokawa J
    Japanese Neural Network Society, 29 89 - 90, Sep. 2019
  • Dynamics of memory engrams.
    Takamiya S; Yuki S; Hirokawa J; Manabe H; Sakurai Y
    Neuroscience research, Elsevier BV, 153 22 - 26, Mar. 2019, Scientific journal
  • Subjective decision threshold for accurate visual detection performance in rats
    Yuma Osako; Yoshio Sakurai; Junya Hirokawa
    Scientific Reports, Nature Publishing Group, 8(1) 9357 , 01 Dec. 2018, Scientific journal
  • Cortical networks of the mouse brain elaborate within the gray matter
    Akiya Watakabe; Junya Hirokawa
    Brain Structure and Function, Springer Science and Business Media LLC, 223(8) 3633 - 3652, Nov. 2018, Scientific journal
  • Multiple Approaches to the Investigation of Cell Assembly in Memory Research—Present and Future
    Yoshio Sakurai; Yuma Osako; Yuta Tanisumi; Eriko Ishihara; Junya Hirokawa; Hiroyuki Manabe
    Frontiers in Systems Neuroscience, Frontiers Media SA, 12, 25 May 2018, Scientific journal
  • The Limits of Deliberation in a Perceptual Decision Task
    Hatim A. Zariwala; Adam Kepecs; Naoshige Uchida; Junya Hirokawa; Zachary F. Mainen
    Neuron, CELL PRESS, 78(2) 339 - 351, Apr. 2013, Scientific journal
  • Area-specific substratification of deep layer neurons in the rat cortex
    Akiya Watakabe; Junya Hirokawa; Noritaka Ichinohe; Sonoko Ohsawa; Takeshi Kaneko; Kathleen S. Rockland; Tetsuo Yamamori
    Journal of Comparative Neurology, WILEY-BLACKWELL, 520(16) 3553 - 3573, Nov. 2012, Scientific journal
  • Multisensory Information Facilitates Reaction Speed by Enlarging Activity Difference between Superior Colliculus Hemispheres in Rats
    Junya Hirokawa; Osamu Sadakane; Shuzo Sakata; Miquel Bosch; Yoshio Sakurai; Tetsuo Yamamori
    PLOS ONE, PUBLIC LIBRARY SCIENCE, 6(9) e25283 , Sep. 2011, Scientific journal
  • Analysis of Area-Specific Expression Patterns of RORbeta, ER81 and Nurr1 mRNAs in Rat Neocortex by Double In Situ Hybridization and Cortical Box Method
    Junya Hirokawa; Akiya Watakabe; Sonoko Ohsawa; Tetsuo Yamamori
    PLOS ONE, PUBLIC LIBRARY SCIENCE, 3(9) e3266 , Sep. 2008, Scientific journal
  • Functional role of the secondary visual cortex in multisensory facilitation in rats
    Junya Hirokawa; Miquel Bosch; Shuzo Sakata; Yoshio Sakurai; Tetsuo Yamamori
    Neuroscience, PERGAMON-ELSEVIER SCIENCE LTD, 153(4) 1402 - 1417, Jun. 2008, Scientific journal
  • Atomic force microscopy studies of interaction of the 20S proteasome with supported lipid bilayers
    Shou Furuike; Junya Hirokawa; Shinpei Yamada; Masahito Yamazaki
    Biochimica et Biophysica Acta - Biomembranes, Elsevier, 1615(1-2) 1 - 6, 02 Sep. 2003, Scientific journal

MISC

  • 適切な意思決定を可能にする神経回路を同定
    廣川純也
    日本神経科学学会「神経科学トピックス」, Mar. 2021

Presentations

  • Prefrontal-subcortical circuits responsible for perceptual decision biases
    Junya Hirokawa
    立命館大学システム視覚科学研究センターセミナー, 10 Mar. 2022
  • Structured and cell-type-specific encoding of decision variables in orbitofrontal cortex
    Hirokawa J; Vaughan A; Masset P; Ott T; Kepecs A
    The 43rd Annual Meeting of the Japan Neuroscience Society, 31 Jul. 2020
  • Discrete subpopulations in Orbitofrontal cortex represent distinct decision variables
    Junya Hirokawa
    Systems Neuroscience and Decision Making (Aarhus, Denmark), 07 Aug. 2019, Invited oral presentation
  • Categorical representations of decision variables within Oribito frontal cortex
    Junya Hirokawa; Alex Vaughan; Adam Kepecs
    Neuroscience 2016, Jul. 2016, Oral presentation
  • The representational content of rat orbitofrontal cortex during outcome anticipation.
    Junya Hirokawa; Alex Vaughan; Adam Kepecs
    The 79th CSHL Symposium, May 2014, Poster presentation
  • Reward expectations bias perceptual decisions proportional to uncertainty.
    Junya Hirokawa; Armin Lak; Adam Kepecs
    Annual Conference for Society for Neuroeconomics, Sep. 2012, Oral presentation
  • Do rats make optimal olfactory decisions under perceptual uncertainty when rewards are unstable
    Junya Hirokawa; Adam Kepecs
    Computational and Systems Neuroscience (Cosyne), Jan. 2012, Oral presentation
  • 視聴覚統合における 大脳皮質初期感覚野の機能的役割
    廣川純也
    第4回 玉川大学脳科学研究所若手の会, 22 Jul. 2008

Research Projects

  • 不確実性下の知覚意思決定に関する神経回路動態の解明
    廣川 純也
    Japan Society for the Promotion of Science, Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (B), 2022/04 -2026/03, Grant-in-Aid for Scientific Research (B), Doshisha University
  • Search for functional neuron assemblies underlying various memory formation and integration
    櫻井 芳雄; 眞部 寛之; 廣川 純也; 結城 笙子
    1. 記憶課題の設定と訓練を進めた。低次→高次→統合に対応した多様な記憶課題とそこで用いる刺激等のパラメーターについて、研究分担者の結城笙子を中心に検討し決定した。視覚記憶課題、聴覚記憶課題、視覚-聴覚記憶統合課題に加え、匂い刺激を用いた嗅覚記憶課題と嗅覚-視覚記憶統合課題も設定し訓練を進めた。その結果、全ての課題について十分訓練が可能であることがわかった。 2.マルチニューロン活動記録法の改良を進めた。現在使用している方法について、研究分担者の眞部寛之を中心に更に改良し新たな方法を確立した。当初予定していたダブルドデカトロードによる脳損傷が予想より大きかったため、通常のテトロードを複数本広範囲に配置した新たなマイクロドライブを開発した。その結果、海馬と側頭皮質、視覚皮質と頭頂皮質、嗅皮質と前頭皮質それぞれの同時記録が可能となった。 3.オプトジェネティクス(光遺伝学)法の改良を進めた。研究分担者の廣川純也を中心に、これまで活用してきたアデノ随伴ウイルスベクター(AAV)に加え、標識化を10倍以上促進する新規ウイルスベクターCav2-CARによる二重感染法も確立し、課題中の動物に活用できるようになった。 4.データ解析方法の改良を進めた。高性能PCの導入により、これまで活用してきた独立成分分析(ICA)に加え、深層学習(ディープ・ラーニング)や最新の可視化ソフトウエア(MicroAVSなど)などを活用し新たな主成分分析法を開発した。その結果、セル・アセンブリを構成するニューロン集団全体の振る舞いを可視化することに成功した。, Japan Society for the Promotion of Science, Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (A), 2020/04 -2024/03, Grant-in-Aid for Scientific Research (A), Doshisha University
  • 前頭前野による情報分配原則の解明
    廣川 純也
    科学技術振興機構(JST), 創発的研究支援事業, 2021/04 -2024/03, Principal investigator
  • 不確実性下の視覚バイアスに関わる神経回路
    ブレインサイエンス振興財団, 第36回研究助成, 2022/04 -2023/03
  • 不確実な状況下の意思決定戦略に関わる神経回路
    Junya Hirokawa
    動物は状況の不確実性によって行動戦略を切り替える。動物はどのようにして状況から不確実性をメタ認知(俯瞰的に理解)し、それを行動に反映させるのだろうか?本研究は動物が曖昧な知覚に基づく意思決定をおこなう際に、大脳皮質(眼窩前頭皮質、頭頂連合野、一次感覚野)の神経細胞がどのような神経回路メカニズムによってメタ認知を生かした行動を可能にしているのかを解明することを目指した。まずラットに不確実性下での知覚意思決定課題(報酬確率バイアス型嗅覚弁別課題、および視覚に基づくメタ認知課題)を訓練した。訓練が終わった動物の眼窩前頭皮質、頭頂連合野、一次視覚野に多数の記録用テトロード電極を留置し、行動課題遂行中の神経活動を解析した。眼窩前頭皮質の神経細胞は、動物の知覚判断の自信に応じた活動を示す細胞群や、その不確実性に修飾された報酬情報と相関する細胞群など最適な意思決定を遂行するために必要な情報をもつ細胞群にクラスター的に分けられることを明らかにした。またその一部のクラスターを構成する細胞の多くが線条体に投射することを明らかにし、機能的に変化する細胞集団の一部に神経投射が対応していることを明らかにした。一方、視覚に基づくメタ認知的意思決定課題を行わせた系では、視覚刺激の有無の報告(Go/Nogo)と、実際の強制選択による正解率の間に乖離がみられ。興味深いことに動物がNogoを報告したときでも視覚野の神経細胞は頑健に視覚応答を示しており、視覚応答の強さが視覚刺激に対する動物の行動を決めているわけではないことがわかった。一方視覚応答を持たない神経細胞の活動がNogo選択に重要な役割を果たしていることを示し、視覚野の神経細胞の大多数が協調て貢献していることを明らかにした。, JSPS, KAKENHI, 2019/04 -2022/03, Principal investigator, Competitive research funding, 基盤研究(C), 同志社大学
  • Search for neuronal mechanisms to utilize higher-order memory
    Sakurai Yoshio
    The present research project aimed to detect the activity of cell assemblies when higher memory functions were working in the brain. We have obtained enough findings in the early period of the project as the following. Hippocampal neuron populations quickly showed synchronous firing when retaining and using contexts of stimuli. Neuronal populations showed the interaction between the hippocampus and prefrontal cortex when retaining and using orders of stimuli. Hippocampal neurons showed specific rhythms reflecting cell-assembly activity when consolidated rules were changed for use. We have also constructed new memory tasks for rats, new methodologies to detect higher memory and cognitive functions, and new strategies for the research of cell assemblies. We have published all of these results in international journals., Japan Society for the Promotion of Science, Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (A), 2016/04 -2021/03, Grant-in-Aid for Scientific Research (A), Doshisha University
  • 眼窩前頭皮質-線条体ネットワークの持続的活動による意志力維持のメカニズム
    Junya Hirokawa
    さまざまな情報の統合とその維持は最適な意思決定に不可欠である。意志を保持する力が弱まると、人は衝動に負け短絡的意思決定をしてしまう。本研究では前頭葉皮質の特定のニューロン集団でしばしば観察される「持続的な神経活動」と意志の力に因果関係があるかどうかを検証した。前年までの成果で眼窩前頭皮質の神経細胞群が意思決定に関する情報を符号する複数のクラスターにわけられることを示した。さらに光遺伝学的方法により線条体に投射する眼窩前頭皮質(OFC)ニューロンが意思決定における統合価値情報を次の試行が開始されるまで持続的に符号することを示した。さらにこの持続活動は試行間のインターバルが長くなるほど減弱すること、さらにその減弱と意思決定バイアスに相関があることを発見した。そこで意思決定行動課題遂行中にその活動を賦活化または抑制し、動物の意思決定バイアスに対する影響を検証した。チャネルロドプシンまたはJAWSをOFC-線条体投射細胞に発現させ、その活動の変化が選択行動に影響するかどうかを検証した。動物が報酬を獲得するタイミングでのOFC-線条体の活動の賦活化は意思決定のエビデンスに依存した報酬履歴バイアスを低下させるのに対し、抑制はバイアスを増加させた。これらの行動変化を説明するため、強化学習をベースにしたモデルを構築した。このモデルで実験結果をシミュレートしたところ、選択価値の増減によって意思決定バイアスは説明できた。これらの結果はこの経路が選択価値を保持し次の試行に活かすという「意志力の維持」に必要であることを示している。, JSPS, KAKENHI, 2019/04 -2020/03, Principal investigator, Competitive research funding, 新学術領域研究(研究領域提案型), 同志社大学
  • Functional mapping of orbitofrontal-subcortical projections
    Hirokawa Junya; OHNUKI Tomoya; OSAKO Yuma
    Prefrontal cortex projects various brain areas to control decision makings. We took advantage of newly developed method called "optognetic tagging" to investigate the basic principal underlying information sorting from prefrontal cortex to subcortical areas. When animals face in difficult decisions, they tend to be biased by their history of success. We found that neurons in the oritofrontal-striatal pathways specifically show working memory-like sustained activity encoding outcome of the previous decision to the next trials. The results provide an insight that targeting specific projection pathways to treat specific psychiatric disorders such as drug addictions may be valid., Japan Society for the Promotion of Science, Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Young Scientists (B), 2016/04 -2018/03, Principal investigator, Competitive research funding, Grant-in-Aid for Young Scientists (B), Doshisha University
  • 感覚統合および運動変換における神経オシレーションの役割の解明
    廣川 純也
    感覚情報の統合および運動出力の過程における上丘の機能的役割を研究し上丘神経細胞のオシレーションが動物の反応速度を規定することを発見した。実験動物としてラットを用い視覚と聴覚情報の統合を動物の反応速度によって推定できる行動課題を学習させた。この動物の上丘にテトロード電極を慢性的に埋め込み、行動課題遂行中の単一神経活動および局所電場電位を計測した。その結果、動物の反応速度は左右の上丘の活動のバランスに規定され感覚情報の統合はこのバランスを大きく傾けることによって反応速度を促進していることを見出した(論文投稿中)。また上丘の局所電場電位がこの課題遂行中にθレンジの周波数で振動しており、この振動の周波数に対して適切なタイミングで神経スパイクが発生することによって動物はより素早く反応できることを見出した。神経活動と行動の因果関係を明らかにするためラットにおいてレンチウイルスを用いたチャネルロドプシン遺伝子の感染系および、光刺激によって神経活動を制御する実験系を確立した。チャネルロドプシンまたは電気刺激実験により大脳皮質視覚野の活性化が上丘の神経活動に影響し感覚情報の統合を模倣することを発見した。この結果はこれまで全く知られていなかった上丘での神経活動の振動が感覚情報の統合および感覚運動変換において重要な役割を果たすことを示唆している(論文投稿準備中)。この内容は第40回の北米神経学会および包括脳ネットワークワークショップにおいて発表した。, 文部科学省, 科学研究費補助金(若手研究(B)), 2010 -2012, Principal investigator, Competitive research funding, 若手研究(B), 基礎生物学研究所
  • functional studies of genes selectively expressed in primate eocortical areas
    YAMAMORI Tetsuo; ONOE Hirotaka; WATAKABE Akiya; KOMINE Yuriko; SADAKANE Osamu; KOMATSU Yusuke; HIROKAWA Junya
    First, we aimed to analyze the function of the genes selectively expressed in the primate neocortical areas in comparison with that in rodents. We examined the expression of c-Fos when rats were subjected to an audio-visual multisensory task. We found that specific enhancement of c-Fos expression in V2L (the lateral secondary visual area) upon being exposed to the task. Using previously developed cortical box method, we analyzed three layer specific genes (RORb, ER81, Nurr1) in the rat neocortex. Each of three genes showed a mutually exclusive and complimentary expression pattern, which demonstrated that the areas in rodents were able to be automatically or objectively described although the area selective expression was not as prominent as that in primates. We reported SLIT1 as a gene that was selectively expressed in the association areas of the macaque neocortex. Finally, we have established the gene manipulation system in the primate neocortex, Japan Society for the Promotion of Science, Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (A), 2008 -2012, Grant-in-Aid for Scientific Research (A), National Institute for Basic Biology

Media Coverage

  • Scientists Make A Leap Forward In Understanding Cognition, Forbes, 16 Jan. 2020
  • ラット 失敗に学ぶ脳, 読売新聞京都版, 09 Jan. 2020
  • 意思決定時の脳神経の働き一端解明 「失敗を記憶」細胞群を特定, 京都新聞, 05 Dec. 2019

Teaching Experience

  • ニューロサイエンス入門
    Doshisha University
  • 大学院医学系研究科基盤系特別専門講義
    山口大学大学院医療系研究科