| Project/Area Number |
22K06485
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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 46030:Function of nervous system-related
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| Research Institution | Hiroshima University |
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Principal Investigator |
半田 高史 広島大学, 医系科学研究科(医), 助教 (40567335)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000)
Fiscal Year 2024: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
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| Keywords | 適応行動 / 皮質ー線条体経路 / テンソル分解 / 光遺伝学 / マウス / 神経活動 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究の概要は、行動した結果（報酬や罰）をもとに次の行動を選択する場面における大脳皮質－基底核回路の脳領域間を結ぶ神経経路の役割を明らかにするために、この回路を構成する大脳皮質（二次運動野と前頭眼窩野）と基底核の線条体のニューロン集団の神経活動パタン（“神経軌道”）が動物の行動成績に応じて相関が高くなるタイミングで、大脳皮質と線条体間を結ぶ二つの神経経路を特異的に神経活動を操作し、それぞれの経路が意思決定に果たす役割を検証する研究である。
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| Outline of Annual Research Achievements |
行動した結果（報酬や罰）を基に次の行動を選択する場面における大脳皮質－基底核回路の脳領域間を結ぶ神経経路の役割を明らかにするために、２つの経路（大脳皮質二次運動野－線条体経路と大脳皮質前頭眼窩野－線条体経路）に着目し、これら2経路それぞれが果たす役割を明らかにすることを主目的とする。
２０２３年度は二次運動野と線条体の回路活動の解析に注力し、得られた結果を学会にて発表し、論文化を目指し投稿中である。ラットが行動課題遂行中の二次運動野と線条体の協調活動は、試行ごとにどのように変容するかを定量解析するために、テンソル分解を用いた次元圧縮法を適用し解析した。テンソル分解は、低次元で神経回路活動の特徴を抽出するだけでなく、試行ごとの変容を定量的に分析できるメリットがある。その結果、二次運動野と線条体の協調活動は試行ごとに変化する行動変数と相関する成分があり、次の行動を繰り返し選択するか切り替えて選択するかによってダイナミックに変化する成分が明らかとなった。
実験技術面では、複数の大脳皮質から同時に神経活動の電気生理学的に記録する手法を確立した。両半球一次運動野からのin vivo神経活動の記録に成功し、前肢運動課題遂行中の両半球運動野間の神経活動の相関関係を分析した。この一部の成果を学会にて発表し、別の論文として投稿中である。この確立した記録技術を大脳皮質二次運動野と大脳皮質前頭眼窩野と線条体からの同期記録に応用することを目標として検証中である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
２０２３年度では、大脳皮質二次運動野ー線条体回路活動の解析が進み、論文化を目指し投稿中である。該当年度は、解析・論文化に注力したため、行動課題遂行中のマウスの大脳皮質二次運動野と前頭眼窩野から神経活動に光遺伝学操作を組み合わせた実験を実施する予定であったが、二次運動野と前頭眼窩野からの同時記録に至っていない。一方、両半球の一次運動野から自由行動下のマウスから同時記録する実験手法を確立し、データ取得・解析を進められた。
光遺伝学的手法と電気生理学的記録の併用方法の確立ができていないため、当初の予定よりやや遅れていえる。神経活動記録と光操作の併用技術に関して改善を検証中である。確立でき次第、二次運動野と前頭眼窩野の神経活動記録・操作に適用する。
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| Strategy for Future Research Activity |
２０２４年度では、解剖学的に特定した大脳皮質二次運動野と前頭眼窩野から神経活動を同時に記録しつつ、行動課題のイベント時刻に合わせて光遺伝学的操作を組合わせる方法を確立し、データを集積し解析する。光刺激によって発火活動を示す神経細胞を特定できるように解析方法を確立する。 実験方法の確立に改善が見られない場合は、マウスを2群（神経活動記録用と神経活動操作用）に分けて、神経活動記録実験と光操作実験を別々に実施しデータ取得を優先する。
本研究で得られた結果をまとめて論文化を目指す。
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