大脳基底核・小脳出力情報を統合し運動指令を形成する大脳皮質構築の解明

• Project/Area Number: 13J03960
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Neurophysiology and muscle physiology
• Research Institution: National Institute for Basic Biology
• Principal Investigator: 田中 康代 基礎生物学研究所, 光脳回路研究部門, 特別研究員(PD)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2016-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2015)
• Budget Amount: ¥3,960,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥660,000); Fiscal Year 2015: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、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)
• Keywords: 視床大脳皮質回路 / 自発運動 / カルシウムイメージング / １次運動野 / 皮質脊髄投射神経細胞 / 視床 / 光刺激 / 運動 / 大脳皮質 / 1次運動野

Outline of Annual Research Achievements

本研究の目的は、視床や他の皮質領野からマウス１次運動野の皮質脊髄投射神経細胞への入力様式を調べることで運動指令を担う皮質脊髄投射神経細胞の情報統合機構を解明し、運動実行のメカニズムに迫ることである。申請者らはまず、運動時の視床皮質軸索活動を計測し、視床から皮質にどのような情報がどのようなタイミングで送られているのかを調べることにした。
レバー引き時の皮質視床軸索神経活動を解析した結果、投射する皮質層ごとに異なる活動パターンを示すことが明らかになった。その活動パターンはそれぞれ違う長さのシークエンス構造を示し、シークエンスの開始時間も異なることがわかった。更に、線条体、小脳をそれぞれ破壊した時のレバー引き時の視床軸索パターンを見てみると、先にみられるシークエンス構造が見られなかった。線条体、小脳を破壊するとレバー引き学習の効率が下がることも明らかになり、これらのことから、レバー引きの実行には小脳と大脳基底核の情報が視床を通して適切に大脳皮質に送られることで実現されていることが示唆された。現在これらの結果を学術論文にまとめて投稿中である。

Research Progress Status

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Two distinct layer-specific dynamics of cortical ensembles during learning of motor task (2014)
  • Author(s): Masamizu Y, Tanaka YR, Tanaka YH, Hira R, Ohkubo F, Kitamura K, Isomura Y, Okada T, Matsuzaki M
  • Journal Title: Nature Neuroscience Volume: 17(7) Pages: 987-994
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] Distinct thalamocortical activities in the motor cortex during voluntary movements. (2015)
  • Author(s): Tanaka YH, Tanaka YR, Hira R, Kondo M, Terada S, Kawaguchi Y, Matsuzaki M.
  • Organizer: he 45th Society for Neuroscience Annual Meeting
  • Place of Presentation: シカゴ、アメリカ
  • Year and Date: 2015-10-17
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 自発運動時における視床から大脳皮質への入力について (2015)
  • Author(s): 田中康代、田中康裕、和氣弘明、平理一郎、近藤将史、正水芳人、川口泰雄、松崎政紀
  • Organizer: 第１２０回日本解剖学会・第９２回日本生理学会合同大会
  • Place of Presentation: 兵庫県 神戸国際会議場
  • Year and Date: 2015-03-23
• [Presentation] 自発運動時における視床から大脳皮質第１層への入力パターン (2014)
  • Author(s): 田中康代、田中康裕、和氣弘明、正水芳人、川口泰雄、松崎政紀
  • Organizer: 第３７回日本神経科学会
  • Place of Presentation: 神奈川県 パシフィコ横浜
  • Year and Date: 2014-09-13
• [Presentation] 自発性随意運動時の大脳運動野における第1層視床皮質投射の役割 (2014)
  • Author(s): 田中康代、田中康裕、和氣弘明、正水芳人、川口泰雄、松崎政紀
  • Organizer: 第91回日本生理学会
  • Place of Presentation: 鹿児島大学(鹿児島県鹿児島市)
  • Year and Date: 2014-03-17