仮想現実空間を用いた体性感覚弁別学習における大脳皮質フィードバック回路の機能解明

• Project/Area Number: 14J07930
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Neurophysiology / General neuroscience
• Research Institution: Institute of Physical and Chemical Research
• Principal Investigator: 太田 桂輔 国立研究開発法人理化学研究所, 脳科学総合研究センター, 研究員
• Project Period (FY): 2014-04-25 – 2017-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2016)
• Budget Amount: ¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000); Fiscal Year 2016: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2015: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2014: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
• Keywords: 一次体性感覚野 / 体性感覚検出課題 / オペラント条件づけ / 抑制性神経細胞 / 細胞外記録 / 局所神経回路 / カルシウムイメージング

Outline of Annual Research Achievements

本研究課題では、マウス後肢脳領域に対応した一次体性感覚野へのトップダウン入力をもたらす回路の機能的役割を明らかにすることが目的である。本研究課題の３年目にあたる本年度は以下の①と②を実施した。

①マウスの行動課題　昨年と同様にマウスの脳を固定した状態で体性感覚刺激の弁別課題を実行した。この課題ではランダムなタイミングで音刺激（キュー）が与えられる。この足刺激の待ち時間は平均2秒の指数分布に従う乱数で決まる。この待ち時間後に足刺激が与えられ、その足刺激に反応（給水口のリッキング）したならば報酬（水）が与えられる。このオペラント行動課題をベースとして、2種類の音刺激Aと音刺激Bを与える行動実験を確立した。音刺激Aが提示された場合、足刺激の発生確率は100%である。一方、音刺激Bが提示された場合、足刺激の発生確率は20-25%とした。音刺激A提示後の足刺激に対する反応速度と音刺激B提示後の足刺激に対する反応速度を比較した。

②一次体性感覚野に投射する二次運動野シナプス前細胞の同定　狂犬病ウイルスを使ったトランスシナプス標識法によって、一次体性感覚野の神経細胞に投射する二次運動野の神経細胞を標識した。まず遺伝子改変マウスを使って、大脳皮質5層錐体細胞特異的にEnvA受容体であるTVAと狂犬病ウイルスの構成に必要なGタンパク質を発現させた。4週間後に同一の脳領域に、EnvAをエンベロープにもちGタンパク質を欠損した狂犬病ウイルスを打った。およそ1週間後に脳切片の観察を行った。インジェクションサイトである一次体性感覚野ではStarter cellが確認でき、Starter cellのシナプス前細胞が二次運動野においてGFP陽性細胞として標識された。同様に一次体性感覚野の抑制性神経細胞に投射する二次運動野の神経細胞を標識した。

Research Progress Status

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] A top-down cortical circuit for accurate sensory perception (2015)
  • Author(s): Manita S, Suzuki T, Homma C, Matsumoto T, Odagawa M, Yamada K, Ota K, Matsubara C, Inutsuka A, Sato M, Ohkura M, Yamanaka A, Yanagawa Y, Nakai J, Hayashi Y, Larkum ME, Murayama M
  • Journal Title: Neuron Volume: 86(5) Issue: 5 Pages: 1304-16
  • DOI: 10.1016/j.neuron.2015.05.006
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] 多細胞からのIn vivo自動細胞内記録 (2014)
  • Author(s): 太田桂輔, 松元崇, 杉山（矢崎）陽子, 鈴木崇之, 鴨志田敦史, 村山正宜
  • Journal Title: 電気学会論文誌Ｃ（電子・情報・システム部門誌） Volume: 134 Pages: 1506-1524
  • NAID: 130004694091
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Spike detection from noisy neural data in linear-probe recordings (2014)
  • Author(s): Takashi Takekawa, Keisuke Ota, Masanori Murayama and Tomoki Fukai
  • Journal Title: European Journal of Neuroscience Volume: 39 Issue: 11 Pages: 1943-1950
  • DOI: 10.1111/ejn.12614
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 自己誘発刺激と外部誘発刺激に対するマウス体性感覚皮質の神経活動の比較 (2014)
  • Author(s): 太田桂輔, 山田一之, 鴨志田敦史, 村山正宜
  • Organizer: 第37回 日本神経科学大会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜
  • Year and Date: 2014-09-11 – 2014-09-13
• [Presentation] マウス体性感覚野における触覚の脳内表現の解明に向けて (2014)
  • Author(s): 鈴木崇之, 本間千尋, 鴨志田敦史, 山田一之, 太田桂輔, 茂泉俊次郎, 犬束歩, 山中章弘, 織田充, 山川宏, 村山正宜
  • Organizer: 第37回 日本神経科学大会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜
  • Year and Date: 2014-09-11 – 2014-09-13
• [Presentation] In vivo多細胞同時記録に向けた自動細胞内記録装置 (2014)
  • Author(s): 太田桂輔, 松元崇, 杉山（矢崎）陽子, 鈴木崇之, 鴨志田敦史, 村山正宜
  • Organizer: 第53回 日本生体医工学大会
  • Place of Presentation: 仙台国際センター
  • Year and Date: 2014-06-24 – 2014-06-26
  • Invited