| Project/Area Number |
21K07266
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 51020:Cognitive and brain science-related
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| Research Institution | Kansai Medical University |
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Principal Investigator |
安田 正治 関西医科大学, 医学部, 講師 (90744110)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
川合 謙介 自治医科大学, 医学部, 教授 (70260924)
永安 一樹 京都大学, 薬学研究科, 助教 (00717902)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2023: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
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| Keywords | サル / 迷走神経 / 情動 / 結合腕傍核 / 内受容感覚 / 腕傍核 / 認知 / 自律神経 / 眼球運動 / 外側腕傍核 / 背側縫線核 / 青斑核 |
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| Outline of Research at the Start |
情動変化には動悸、消化管収縮など種々の内臓感覚が伴う。情動と身体内部の感覚入力との関連は、長く議論されてきたが、その詳細な神経回路の理解は未だ不足している。本研究では課題遂行中のサルを用い、内臓感覚の主要な伝達経路である迷走神経の入力を受ける神経細胞を、情動に関与の深い脳幹モノアミン核において同定、その情動表現を解析する。さらに迷走神経刺激による感覚入力信号の変化が神経活動や情動関連行動にどのような変化をもたらすのかを調べ、迷走神経‐モノアミン系神経回路の情動制御の機能的役割を明らかにする。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、内臓感覚をはじめとする身体内部の感覚入力が、どのような神経機構により情動や認知行動に影響を与えるのかを明らかにすることにある。これまで一頭のサルにおいて、情動を継続的に調節するための行動課題の訓練、行動・自律神経応答の計測を行ってきた。さらに、モノアミン系との入出力関係を持つ脳幹結合腕傍核において、心拍と同期し、かつ情動依存的に活動を変化させるニューロンを見出した。これは、情動と身体感覚との融合が、身体内部感覚の脳内への入力初期において生じている可能性を示唆する。
本研究では、このような情動表現を持つ腕傍核ニューロンが、身体の内部感覚入力を受け取るかどうかをより直接的に検証するため、身体内部の感覚である内受容感覚、特に内臓感覚の主要な求心性入力経路である迷走神経を電気刺激し、順行性に引き起こされる活動電位を腕傍核において計測することを計画した。
当該年度は、迷走神経刺激用の電極の設置を完了させた一頭のサルに対して、嫌悪刺激、または報酬を予測する条件刺激を学習する古典的条件付けの訓練を行い、サルの情動依存的な自立神経応答（心拍、瞳孔径）を計測した。また種々の情動下で意思決定を行わせるため、学習した条件刺激の提示下で選択行動を行わせる認知課題の訓練を行った。そして同サルへの単一細胞外記録によるマッピングにより、結合腕傍核の位置同定を行った。迷走神経刺激による結合腕傍核ニューロンの活動変化を記録したところ、刺激に対して興奮性もしくは抑制性の応答を示すニューロン群を見出した。それらのうちいくつかのニューロンに対し、古典的条件付けへの反応を解析したところ、情動条件依存的な活動変化が認められた。これらの結果は、結合腕傍核において、内受容感覚の入力が情動の情報処理に直接的に関与する可能性を示唆する。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
脳幹領域における情動、認知表現を広範に探索し、顕著な情動表現を示すニューロン群を、結合腕傍核において見出した。結合腕傍核は、記録対象として計画していたモノアミン系神経核（青斑核、背側縫線核）とは異なる。しかしながら、結合腕傍核は背側縫線核、青斑核と比較して身体内部感覚の脳内への入力部である孤束核から神経投射を受け、このことから、結合腕傍核での神経活動記録を行うことにより、身体感覚入力の情動への影響をより直接的に検証できる。また結合腕傍核は背側縫線核セロトニン神経細胞からの入力、黒質緻密部ドーパミン細胞への出力経路を持ち、結合腕傍核を中心とした神経活動解析は、身体と情動の相互作用におけるモノアミン系の働きを明らかにすることに繋がる。一方、ウィルスベクターを用いたセロトニン細胞の機能解析については、分担者永安の組織学的解析により、チャネルロドプシンの発現を多くのセロトニン細胞において確認しており、このベクター系を用いたモノアミン経路の探索が可能な段階である。また、二頭目のサルにおい認知課題遂行中での神経活動記録が遅れている。これは、学習能力や、課題中のCS提示の行動への影響など、個体差による要因が反映したことが理由の一つとして考えられる。
内臓感覚入力の影響を受ける結合腕傍核ニューロンを同定するため、迷走神経刺激電極の埋め込み手術を一頭のサルに対して完了した。迷走神経入力を受け取る神経細胞は当該年度に見つかり始めているが、そのデータの蓄積は当初の計画よりもやや遅れている。これは、結合腕傍核ニューロンの活動変化を引き起こすための適切な刺激パラメーターを見つけ出すことに時間を要したためである。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでのところ、迷走神経刺激に対して活動変化を引き起こすニューロンが結合腕傍核において多く見つかっている。この活動変化には興奮性、抑制性2種の反応が観察され、さらに情動依存的な活動が、両方のタイプのニューロンにおいて確認されている。今後も分担者川合教授の協力のもと、迷走神経刺激を行い、結合腕傍核における、活動変化の解析を継続して行う。得られたデータをもとに、刺激に対するニューロン活動への影響と情動表現との間にどのような関係性が存在し、また個々のニューロンがどのように分布するのかを解析する。次に結合腕傍核からの上行性の神経投射を受ける脳領域においても探索を行い、結合腕傍核を経由するどの神経回路が内受容感覚を伝え、そして情動の情報処理に関わるのかを明らかにする。さらに分担者永安の開発したセロトニン神経細胞特異的ベクターを用いて、セロトニン系への内受容感覚信号の伝達経路の探索、その情動表現の解析を行う。結合腕傍核を経由する神経回路とセロトニン系への神経回路との間で、迷走神経刺激に対する活動や情動表現の比較を行い、内受容感覚入力が回路ごとに異なる役割を有するかを検証する。これまで背側縫線核において情動条件依存的な意思決定予測信号を観察しており、種々の情動下での意思決定にどのような反応を示すかについても、両回路間での比較を行う。
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