Does lactate increase by a single high-intensity exercise contribute to the enhancement of working memory?
| Project/Area Number |
21K17605
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Basic Section 59020:Sports sciences-related
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| Research Institution | Tokyo Metropolitan Institute of Medical Science (2022)
Nippon Medical School (2021) |
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Principal Investigator |
朴 ジョンヒョク 公益財団法人東京都医学総合研究所, 精神行動医学研究分野, 研究員 (80835843)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000)
Fiscal Year 2021: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
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| Keywords | 乳酸 / ワーキングメモリ / 海馬 / 高強度運動 / 作業記憶 / 神経可塑性遺伝子 |
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| Outline of Research at the Start |
最近，空間的作業記憶は脳の前頭前野だけではなく海馬により調節されており，更に海馬のNMDA受容体が作業記憶に大きな影響を持つ．一方，乳酸は脳，とりわけ記憶を担う海馬の神経活動に主要なエネルギー基質であり，認知機能に影響する．近年，神経細胞への乳酸の取り込みがNMDA受容体を活性化し，神経可塑性関連遺伝子の誘導をもたらすことから，本研究では，一過性の高強度運動で高まる血中乳酸が，海馬に取り込まれ，それがNMDA受容体シグナルの強化を介して神経可塑性を高め，その結果として空間的作業記憶の向上をもたらすか否か検討する．
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| Outline of Annual Research Achievements |
皮質の初代培養神経細胞への20mM乳酸添加は、細胞内のNADH/NAD+比を高め、それがNMDA受容体を活性化し、神経可塑性関連の初期応答遺伝子群（Immediate-early genes；IEGs）Arc、c-fos、Zif268の発現量を高める。また、in vivo実験においてもマウスの腹腔内へ10mM乳酸投与は感覚運動皮質においてIEGs発現量の増加をもたらす。そこで、乳酸閾値（LT）を上回る強度の運動がY字型迷路試験による作業記憶の向上をもたらすか、その機序には乳酸による海馬のIEGs発現量増加が関与しているか否かについて検討を行った。
マウスに疲労困憊に至るまでの短時間（30分間）の一過性高強度運動を課したところ、運動直後に血中乳酸濃度は12~14mMを示し、運動30分後にY字型迷路試験による作業記憶の向上を示した。そのマウスの海馬においてIEGsと脳由来神経栄養因子（BDNF）mRNA発現量の有意な増加が認められた。一方、運動直後の血中乳酸濃度が6~8mMを示す30分間の運動（トレッドミル速度30m/分）を課したところ、作業記憶の向上や海馬IEGs発現量の増加は認められなかった。このことから、運動により血中で増加する乳酸は、その後海馬のIEGsを高める因子の一つとして作用し、運動の作業記憶向上効果に重要な役割を担うことが示唆された。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
4: Progress in research has been delayed.
Reason
2023年3月に所属研究機関の変更があり、2022年度後半に当初予定していた計画通りの実験が順調に遂行できる状況ではなかったため、本年度の進捗状況は「遅れている」を選択した。
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| Strategy for Future Research Activity |
新所属研究機関にて研究計画が遂行可能になったため、2022年度の遅れを取り戻せるよう研究に取り組む。2023年度の実験では、運動による血中乳酸が海馬に取り込まれる際にNAD+がNADHに変換されNADH/NAD+比を高めることで、IGEs発現量の増加をもたらすか否かについて検討する。加えて、作業記憶を含む認知機能の低下を呈する精神疾患モデルマウスを用いて、認知機能に対する乳酸の改善効果について検討することも予定している。
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Report
(2 results)
Research Products
(7 results)
