精緻な運動の企画・実行における小脳－視床－運動野多重経路の情報表現と機能の解明

• Project/Area Number: 20J12547
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Review Section: Basic Section 46030:Function of nervous system-related
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 赤穗 吏映 東京大学, 大学院医学系研究科, 特別研究員(DC2)
• Project Period (FY): 2020-04-24 – 2022-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2021)
• Budget Amount: ¥1,900,000 (Direct Cost: ¥1,900,000); Fiscal Year 2021: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2020: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
• Keywords: 運動学習 / 小脳 / 大脳皮質運動野 / 2光子イメージング / 大脳小脳連関 / 二光子イメージング

Outline of Research at the Start

小脳は大脳とともに運動制御や高次脳機能を担うが、小脳で生成した情報がどのように大脳へ伝達されるかについて、詳細は解明されていない。本研究は小脳から大脳への運動情報伝達機構の解明を目的とする。(1)全小脳核から視床を介して大脳へ出力する経路の投射パターンをトレーサーで検証する。(2)運動企画から制御までを解析するため、運動以外の情報が小脳から大脳へ伝達されることを必要とする課題を構築する。二光子イメージング及び各経路の活動抑制により、タスク実行中の小脳-視床-運動野経路特異的な情報伝達様式と機能解析を行う。

Outline of Annual Research Achievements

（１）課題実行中の2光子イメージング
運動企画から実行までの行動を制御するために小脳が大脳皮質運動野の様々な領域にどのような信号を伝達するか解析することを目的に、前年度に続けてマウスの小脳→視床→大脳皮質運動野経路特異的に運動視床細胞にGCaMPを発現する個体を追加作製し、本研究用にLabviewで設計した運動課題である、音開始から一定時間後にレバーを引くと報酬が得られる「待ち時間付きレバー引き課題」実行中に小脳から運動野に送られる神経活動の2光子イメージングデータを追加した。前年度のデータで不足していた運動野3層の軸索活動データを主に取得し、これまでに取得した結果と併せて1層と3層の軸索活動パターンを比較した。各試行の行動結果と神経活動を対応させMATLABを用いて解析した結果、行動に特に影響していることが示唆される神経活動を見出した。
（２）小脳神経活動抑制による行動変化
運動企画における小脳の寄与について検証するため、抑制性神経伝達物質GABA作動薬であるムシモールを小脳核に局注し、待ち時間付きレバー引き課題実行中のレバー引き運動および運動開始時間への影響を個体数を増やして解析した。過去の報告から、小脳核神経活動抑制により運動障害を生じることが知られているため、ムシモールの濃度を調整し、レバー把持など課題実行に必要な運動に影響の少ない投与量とした。小脳核神経活動を抑制し行動の変化を解析することで、小脳核における各部位の運動企画に対する寄与を評価した。

Research Progress Status

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。