社会的な遊びへの動機づけを担う神経機構の解明

• Project/Area Number: 17J11022
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Basic / Social brain science
• Research Institution: Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University
• Principal Investigator: 青木 祥 沖縄科学技術大学院大学, 神経生物学研究ユニット, 特別研究員(PD)
• Project Period (FY): 2017-04-26 – 2020-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2019)
• Budget Amount: ¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000); Fiscal Year 2019: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2018: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2017: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
• Keywords: 動機付け / 行動 / 腹側線条体 / 大脳皮質運動野 / 動機づけ / 線条体 / ドーパミン

Outline of Annual Research Achievements

本研究は、1) 社会的行動への動機付けの神経基盤の解明と、2) 幼少期の社会的経験と成年期の適応的行動との関連性の解明を目的として開始された。まず、内的な動機付けを実際の行動出力に変換できる可能性のある神経回路の探索を行い、社会的行動を含め動機付けおよび情動・感情制御に関わる腹側線条体から大脳皮質運動野への多シナプス神経回路が存在することを発見した。その後、動機づけの情報を行動出力に変換できる神経回路メカニズムの同定を試み、腹側線条体から運動野に到達する回路は、線条体―内側黒質―運動性視床核―皮質運動野であることを示した。さらに、新たに発見された腹側線条体―黒質―運動性視床核―皮質運動野という神経回路が、生体内でどのような機能性を有しているのかについて電気生理学的手法を用いて調べた。大脳基底核直接路ニューロンにCreを発現するD1-Creマウスを用いて、Cre依存的な光遺伝学的手法により腹側線条体の直接路ニューロンを活性化すると、大脳皮質運動野の神経活動を変容できることを発見した。これらの結果は、解剖学的知見に加えて、生体内においても腹側線条体から黒質へと繋がる直接路ニューロンの活動変化は大脳皮質運動野の活動に影響を与えることを示唆している。これらの知見は、社会的文脈も含めて、内的動機づけや感情に関わる情報が腹側線条体に由来し、腹側線条体―黒質―運動性視床核―大脳皮質運動野という神経回路を通ることで、行動出力に影響を与えるあるいは修飾できることを示唆している。本研究は脳の中で動機づけの情報が行動出力に変換され得る神経回路メカニズムを示した点で、神経科学分野から心理学、医学まで多岐に渡る分野に影響を与える新知見を提供したと考えられる。

Research Progress Status

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] Salk Institute for Biological Studies(米国)
• [Int'l Joint Research] Erasmus Medical Center Rotterdam(オランダ)
• [Int'l Joint Research] Salk Institute for Biological Studies(米国)
• [Int'l Joint Research] Erasmus Medical Center(オランダ)
• [Int'l Joint Research] Salk Insititute(米国)
• [Int'l Joint Research] Erasmus Medical Center(オランダ)
• [Journal Article] An open cortico-basal ganglia loop allows limbic control over motor output via the nigrothalamic pathway (2019)
  • Author(s): Sho Aoki, Jared B. Smith, Hao Li, Xunyi Yan, Masakazu Igarashi, Patrice Coulon, Jeffery R. Wickens, Tom J.H. Ruigrok, Xin Jin
  • Journal Title: eLife Volume: 8 Pages: 49995-49995
  • DOI: 10.7554/elife.49995
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Cerebellar modules and their role as operational cerebellar processing units. (2018)
  • Author(s): Richard Apps, Richard Hawkes, Sho Aoki, Amanda M. Brown, Gang Chen, Timothy J. Ebner, Philippe Isope, Elizabeth P. Lackey, Charlotte Lawrenson, Bridget Lumb, Martijn Schonewille, Roy V. Sillitoe, Ludovic Spaeth, Izumi Sugihara, Antoine Valera, Jan Voogd, Douglas R. Wylie Tom J.H. Ruigrok
  • Journal Title: The Cerebellum Volume: 17 Issue: 5 Pages: 654-682
  • DOI: 10.1007/s12311-018-0952-3
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Cholinergic interneurons in the rat striatum modulate substitution of habits (2018)
  • Author(s): Sho Aoki, Andrew W. Liu, Yumiko Akamine, Aya Zucca, Stefano Zucca, Jeffery R. Wickens
  • Journal Title: European Journal of Neuroscience Volume: 47 Issue: 10 Pages: 1194-1205
  • DOI: 10.1111/ejn.13820
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Pauses in cholinergic interneuron firing exert an inhibitory control on striatal output in vivo (2018)
  • Author(s): Zucca Stefano、Zucca Aya、Nakano Takashi、Aoki Sho、Wickens Jeffery
  • Journal Title: eLife Volume: 7
  • DOI: 10.7554/elife.32510
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Multizonal Cerebellar Influence Over Sensorimotor Areas of the Rat Cerebral Cortex (2017)
  • Author(s): Aoki Sho、Coulon Patrice、Ruigrok Tom J H
  • Journal Title: Cerebral Cortex Volume: in press Issue: 2 Pages: 598-614
  • DOI: 10.1093/cercor/bhx343
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Presentation] Linking emotion to motion: an open cortico-basal ganglia loop allows limbic control over motor output (2019)
  • Author(s): Sho Aoki
  • Organizer: Neuro 2019
  • Invited
• [Presentation] Linking emotion to motion: novel interaction across “limbic” and “motor” cortico-basal ganglia loops (2019)
  • Author(s): Sho Aoki
  • Organizer: OIST workshop: Neural Circuits for Motor Behavior
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Multiple viral tracings reveal an anatomical hierarchy in cortico-basal ganglia loops (2018)
  • Author(s): Sho Aoki, Jared. B Smith, Masakazu Igarashi, Patrice Coulon, Jeffery R. Wickens, Xin Jin, Tom J.H. Ruigrok
  • Organizer: Society for Neuroscience 2018
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Anatomical evidence that multiple striatal regions influence motor cortex. (2017)
  • Author(s): Sho Aoki, Masakazu Igarashi, Patrice Coulon, Jeffery R. Wickens, Tom J.H. Ruigrok.
  • Organizer: Society for Neuroscience 2017
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Anatomical evidence that multiple striatal regions influence motor cortex in the rat. (2017)
  • Author(s): Sho Aoki, Masakazu Igarashi, Patrice Coulon, Jeffery R. Wickens, Tom J.H. Ruigrok.
  • Organizer: Procedural Learning Summer School
  • Int'l Joint Research