新規な単一ニューロンの活動記録・染色法を用いた大脳基底核機能の解明

• Project/Area Number: 12J08027
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Neurophysiology and muscle physiology
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 小山 佳 東北大学, 医学系研究科, 特別研究員(PD)
• Project Period (FY): 2012-04-01 – 2015-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2014)
• Budget Amount: ¥3,630,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2014: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2013: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000); Fiscal Year 2012: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000)
• Keywords: 大脳基底核 / 線条体 / プラスミド注入 / ラット / 単一ニューロン活動 / 電気穿孔法 / プラスミド / 単一神経細胞記録法 / 行動神経生理学 / 蛍光タンパク質

Outline of Annual Research Achievements

本年度は電気穿孔法を用いてGFPなどの標識物質をコードしている遺伝子を含むプラスミドを注入することによる新規なニューロン標識法を用いて、行動中の動物からの記録・染色実験に主に行った。これまでに、線条体において、運動の実行や抑制にそれぞれかかわっていると考えられる活動を示すニューロンを見出した。このような活動を示すニューロンに対し、プラスミドの注入を行い、染色および組織学的解析を行った。また、併せて、運動の実行・抑制に同じく深いかかわりがあると考えられている前頭連合野においても、同様の課題を遂行中のラットにおいて、記録・染色実験を行った。その結果、次に行う行動を準備している期間において活動を示す前頭連合野のニューロンが、線条体の背内側部へと投射を送っていることを見出した。これは、行動を計画し、実際に行動に移すという過程において、前頭連合野―大脳基底核ループが重要な役割を果たしていることを示唆している。そこで、これをより詳細に検討するために、前頭連合野から線条体へと送られる情報を遮断した際、行動にどのような影響がみられるかを調べる実験を現在行っている。具体的には、線条体に逆行性ウイルスベクターを注入し、前頭連合野から線条体へと投射を送るニューロンにハロロドプシンを発現させる。その後、前頭連合野において光刺激を行い、上記の特定の経路で送られる情報のみを遮断する。このような実験を行うことにより、前頭連合野―大脳基底核ループの行動の実行における役割をより詳細に検討することができると考えられる。現在、予備実験として、神経活動を抑制するGABAのアゴニストであるムシモールを前頭連合野に注入し、行動に与える影響を調べる予備実験を行っている。

Research Progress Status

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Long-lasting single-neuron labeling by in vivo electrop oration without microscopic guidance (2013)
  • Author(s): Kei Oyama, Shinya Ohara, Sho Satoa, Fuyuki Karube, Fumino Fujiyama, Yoshikazu Isomura, Hajime Mushiake, Toshio Iijima, Ken-Ichiro Tsutsui
  • Journal Title: Journal of Neuroscience Methods Volume: 218 Issue: 2 Pages: 139-147
  • DOI: 10.1016/j.jneumeth.2013.06.004
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Morphological identification of prefrontal neurons showing delay activity in a delayed response task by single-neuron electroporation (2015)
  • Author(s): 小山 佳
  • Organizer: Tohoku-UCL symposium
  • Place of Presentation: 鳴子温泉・仙庄館（宮城県大崎市）
  • Year and Date: 2015-01-19 – 2015-01-21
• [Presentation] Sustained activity in mPFC of head-fixed rats performing delayed response task (2014)
  • Author(s): Y. TATEYAMA, K. OYAMA, K. OMORI, T. IIJIMA, K.-I. TSUTSUI
  • Organizer: Neuroscience 2014
  • Place of Presentation: Washington Convention Center (Washington D.C.)
  • Year and Date: 2014-11-15 – 2014-11-19
• [Presentation] 遅延反応課題遂行中のラット頭頂連合野における感覚情報と運動情報 (2014)
  • Author(s): 舘山 幸菜, 小山 佳, 大森 和音, 飯島 敏夫, 筒井 健一郎
  • Organizer: 第37回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜（神奈川県横浜市）
  • Year and Date: 2014-09-11 – 2014-09-13
• [Presentation] Optimization of injection protocol for in vivo blind single-neuron electroporation for labeling (2013)
  • Author(s): Kei Oyama, Yukina Tateyama, Shinya Ohara^1, Sho Sato, Fuyuki Karube, Fumino Fujiyama, Yoshikazu Isomura, Hajime Mushiake, Toshio Iijima, Ken-Ichiro Tsutsui
  • Organizer: 北米神経科学会
  • Place of Presentation: サンディエゴ、アメリカ
  • Year and Date: 2013-11-12
• [Presentation] In vivo single-cell staining by electroporation of plasmid DNA coding fluorescent proteins through a glass-pipette electrode - an advanced juxtacellular staining method (2012)
  • Author(s): 小山佳、大原慎也、佐藤翔、舘山幸菜、磯村宜和、虫明元、飯島敏夫、筒井健一郎
  • Organizer: 日本神経科学学会
  • Place of Presentation: 名古屋
• [Presentation] An advanced in vivo juxtacellular staining method by electroporation of plasmid DNA coding fluorescent proteins through a glass-pipette electrode (2012)
  • Author(s): 小山佳、大原慎也、佐藤翔、舘山幸菜、磯村宜和、虫明元、飯島敏夫、筒井健一郎
  • Organizer: 北米神経科学学会
  • Place of Presentation: ニューオーリンズ(USA)
• [Book] 報酬を期待する脳 (2014)
  • Author(s): 筒井健一郎・小山佳
  • Total Pages: 200
  • Publisher: 新曜社