Mechanisms of auditory processing for vocal communication in the mouse auditory cortex

• Project/Area Number: 17K07051
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Research Field: Neurophysiology / General neuroscience
• Research Institution: Niigata University
• Principal Investigator: 塚野 浩明 新潟大学, 脳研究所, 助教 (90624338)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2021-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2017)
• Budget Amount: ¥4,810,000 (Direct Cost: ¥3,700,000、Indirect Cost: ¥1,110,000); Fiscal Year 2020: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2019: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000); Fiscal Year 2018: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000); Fiscal Year 2017: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
• Keywords: 二次聴覚野 / 扁桃体 / 線条体 / 視床結合核 / 細胞体シナプス / モノシナプスループ / マウス / 情報統合 / 聴覚野 / 音声コミュニケーション / 性差 / イメージング

Outline of Annual Research Achievements

動物が音声コミュニケーションを取るためには、相手の発する声を処理し理解する聴覚機能が必要である。本研究ではマウス脳を用いて、大脳聴覚野がどのように音声コミュニケーションに関わっているのかを明らかにすることを目的としている。

声は求愛などに用いられ情動を醸し出す音である。一般的な理解では、大脳聴覚野は音を処理し、情動は扁桃体等で処理されると考えられる。従って、聴覚野と扁桃体間の結合を全て明らかにする必要がある。聴覚野を構成する亜領域に順行性トレーサーを注入すると、二次聴覚野が特異的に扁桃体外側核に投射を送っていることが分かった。次に、聴覚野亜領域に逆行性トレーサーを注注すると、二次聴覚野が特異的に扁桃体外側核から投射を受けていることが分かった。共焦点顕微鏡を用いてさらに詳細な構造を観察すると、二次聴覚野から扁桃体外側核に投射する興奮性軸索は、扁桃体外側核から二次聴覚野に投射する興奮性ニューロンの細胞体に直接シナプスすることが分かった。二次聴覚野以外の領域では、一次聴覚野において多少の扁桃体との結合がみられたが、前聴覚野と内背側領域は扁桃体と全く結合が無かった。このことは、聴覚野亜領域と扁桃体は均一に結合を持っているのではなく、二次聴覚野が扁桃体と作用するハブとなっていることを示唆する。さらに、この二次聴覚野から始まり二次聴覚野に終わるループは、扁桃体だけでなく、様々な深部脳神経核との間で形成されていることも分かった。二次聴覚野は、様々な脳情報を音に連関する座である可能性がある。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

マウス大脳聴覚野と情動の座である扁桃体との間の精緻な結合様式を網羅的に行うことが出来、さらに共焦点顕微鏡を用いて、シナプスレベルの解析も行うことが出来た。この知見は、聴覚野が声に伴う情動を処理するメカニズムを考察する上で基盤となるデータであり、さらなる発展が見込まれる。

Strategy for Future Research Activity

声に対する聴覚野活動の詳細な生理解析を行っていく。オスマウスの求愛歌や仔の声を複数聞かせてマクロイメージングを行い、複数の聴覚領域・高次視覚野・島皮質から神経活動を網羅的に観察する。

Research Products

• [Journal Article] Tomographic optical imaging of cortical responses after crossing nerve transfer in mice (2018)
  • Author(s): Maniwa K, Yamashita H, Tsukano H, Hishida R, Endo N, Shibata M, Shibuki K
  • Journal Title: PLoS One Volume: 13 Issue: 2 Pages: e0193017-e0193017
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0193017
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Chondroitin Sulfate Is Required for Onset and Offset of Critical Period Plasticity in Visual Cortex (2017)
  • Author(s): Hou X, Yoshioka N, Tsukano H, Sakai A, Miyata S, Watanabe Y, Yanagawa Y, Sakimura K, Takeuchi K, Kitagawa H, Hensch TK, Shibuki K, Igarashi M, Sugiyama S
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 7 Issue: 1 Pages: 12646-12646
  • DOI: 10.1038/s41598-017-04007-x
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Corrigendum: Reconsidering Tonotopic Maps in the Auditory Cortex and Lemniscal Auditory Thalamus in Mice (2017)
  • Author(s): Tsukano H, Horie M, Ohga S, Takahashi K, Kubota Y, Hishida R, Takebayashi H, Shibuki K
  • Journal Title: Frontiers in Neural Circuits Volume: 11 Pages: 39-39
  • DOI: 10.3389/fncir.2017.00039
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] マウス聴覚野における二次聴覚野特異的な扁桃体との双方向結合 (2018)
  • Author(s): 塚野浩明、澁木克栄
  • Organizer: 第123回日本解剖学会総会・全国学術集会
  • Invited
• [Presentation] マウス二次聴覚野に入力する新たな視床経路の発見 (2018)
  • Author(s): 塚野浩明、大賀慎平、堀江正男、寺島裕貴、西尾奈々、竹林浩秀、澁木克栄
  • Organizer: 第7回新潟脳研－霊長研－生理研合同シンポジウム
• [Presentation] Characterization of higher order fields in the mouse auditory cortex (2018)
  • Author(s): Tsukano H, Ohga S, Horie M, Hou X, Terashima H, Kitaura H, Sugiyama S, Kakita A, Takebayashi H, Shibuki K
  • Organizer: 第8回共同研究拠点国際シンポジウムThe innovative progress of neuroscientific research through the use of advanced animal models
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 自然音刺激を用いたマウス聴覚野構造解析の試み (2018)
  • Author(s): 寺島裕貴、塚野浩明、古川茂人
  • Organizer: 脳と心のメカニズムMechanism of Brain and Mind
• [Presentation] Spinal potentiation after hindpaw ischemia mediated by group II mGluRs and nitric oxide in mice (2017)
  • Author(s): Onishi T, Watanabe T, Sasaki M, Kamiya Y, Kohno T, Horie M, Tsukano H, Hishida R, Takebayashi H, Baba H, Shibuki K
  • Organizer: Society for Neuroscience 2017
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Abnormal auditory OFF responses recorded from the cortex of an EGF-induced schizophrenia rat model (2017)
  • Author(s): Inaba H, Namba H, Tsukano H, Shibuki K, Nawa H
  • Organizer: 第40回日本神経科学大会
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Tonotopic properties in the secondary auditory field are derived from structural organization of the ventral medial geniculate body and thalamocortical projections in mice (2017)
  • Author(s): Tsukano H, Ohga S, Horie M, Terashima H, Takebayashi H, Shibuki K
  • Organizer: 第40回日本神経科学大会
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Plastic changes of visual responses in the primary visual cortex are induced selectively by inhibitory projection from posterior parietal cortex in mice (2017)
  • Author(s): Hishida R, Horie M, Tsukano H, Tohmi M, Shibuki K
  • Organizer: 第40回日本神経科学大会
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Complexity of sound stimuli required for sound-shape associative responses in the mouse auditory cortex (2017)
  • Author(s): Ogi M, Yamagishi T, Tsukano H, Nishio N, Hishida R, Horii A, Yagi T, Shibuki K
  • Organizer: 第40回日本神経科学大会
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Optical imaging of temporal cortical areas involved in audiovisual integration in awake mice (2017)
  • Author(s): Nishio N, Ogi M, Yamagishi T, Tsukano H, Hishida R, Yagi T, Shibuki K
  • Organizer: 第40回日本神経科学大会
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Analysis of prediction error responses in the posterior parietal cortex of awake mice (2017)
  • Author(s): Yoshitake K, Tsukano H, Hishida R, Yagi T, Shibuki K
  • Organizer: 第40回日本神経科学大会
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] マウス大脳聴覚野における和音・不協和音の識別機構 (2017)
  • Author(s): 塚野浩明、澁木克栄
  • Organizer: 聴覚研究会
• [Presentation] Neuropathologic implication of pallidal hyperactivity in the auditory abnormality of schizophrenia animal models (2017)
  • Author(s): Nawa H, Sotoyama H, Narihara I, Tsukano H, Jodo E, Eifuku S, Namba H
  • Organizer: 13th World Congress of Biological Psychiatry
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Remarks] 研究室ホームページ
  • URL: http://www.bri.niigata-u.ac.jp/~physio/
• [Remarks] 個人ホームページ
  • URL: http://1qaz2wsx3edc.webcrow.jp/TsukanoH.html