Mechanism of the basal ganglia circuit to regulate motor and motor learning Mechanism of the basal ganglia circuit to regulate motor and motor learning

• Project/Area Number: 23700479
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Research Field: Neurophysiology and muscle physiology
• Research Institution: National Institute for Physiological Sciences
• Principal Investigator: SANO Hiromi 生理学研究所, 統合生理研究系, 特任助教 (00363755)
• Project Period (FY): 2011 – 2012
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2012)
• Budget Amount: ¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000); Fiscal Year 2012: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000); Fiscal Year 2011: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000)
• Keywords: 運動 / 大脳基底核 / 大脳皮質 / 線条体 / 光遺伝学

Research Abstract

The basal ganglia is supposed to important for motor control. We have applied ‘ optogenetics (the combination of genetics and optics to control cellular excitability)’ to mice to clarify the mechanism of motor control in the pathway of the basal ganglia. Specific excitation in striatal projection neurons in the hemisphere has induced phasic inhibition in the output signal from the basal ganglia, and has induced rotational behavior. These data suggest that phasic response in the output signal is important to regulate motor activity.

Research Products

• [Journal Article] Signals through the striatopallidal indirect pathway stop movements by phasic excitation in the substantia nigra. (2013)
  • Author(s): Sano et al.
  • Journal Title: J. Neurosci. Volume: 33 Issue: 17 Pages: 7583-7594
  • DOI: 10.1523/jneurosci.4932-12.2013
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Identification of optogenetically activated striatal medium spiny neurons by Npas4 expression (2012)
  • Author(s): Bepari AK, Sano H, Tamamaki N, Nambu A, Tanaka KF, Takebayashi H
  • Journal Title: PLoS ONE Volume: 7(12) Issue: 12 Pages: 140-140
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0052783
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Expanding the repertoire of optogenetically targeted cells with an enhanced gene expression system (2012)
  • Author(s): K. Tanaka, K. Matsui, T. Sasaki. H. Sano, S. Sugio, K. Fan, K. Ikenaka, R. Hen, J. Nakai, Y. Yanagawa, H. Hasuwa, K. Deisseroth, A. Yamanaka
  • Journal Title: Cell Reports Volume: 2 Issue: 2 Pages: 397-406
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2012.06.011
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Physiological roles of striatal projection neurons in voluntary movements. (2013)
  • Author(s): Sano Hiromi
  • Organizer: 第36回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: 国立京都国際会館（京都市）
  • Invited
• [Presentation] Striatopallidal neurons attenuate motor activity through the phasic response pattern in the basal ganglia (2012)
  • Author(s): Sano H, Chiken S, Kobayashi K, Nambu A
  • Organizer: NEUROSCIENCE 2012
  • Place of Presentation: New Orleans, Louisiana, USA
  • Year and Date: 2012-10-15
• [Presentation] Young Investigator Colloquia: Neurodegeneration Pathophysiology and therapy for basal ganglia disease (2012)
  • Author(s): Sano H, Chiken S, Murata M, Kobayashi K, Nambu A
  • Organizer: The 11th Biennial Meeting of the Asian Pacific Society for Neurochemistry (APSN2012), The 55th Annual Meeting of the Japanese Society for Neurochemistry
  • Place of Presentation: Kobe, Japan
  • Year and Date: 2012-10-02
• [Presentation] Selective activation of cortico-striatal projections by using optogenetics with retrograde gene transfer (2012)
  • Author(s): Sano H, Kato S, Chiken S, Kobayashi K, Kobayashi K, Nambu A
  • Organizer: 第35回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: 名古屋市
  • Year and Date: 2012-09-20
• [Presentation] 光遺伝学を応用した大脳皮質-線条体経路の神経生理機能の解明 (2012)
  • Author(s): 佐野裕美、加藤成樹、知見聡美、小林憲 太、小林和人、南部篤
  • Organizer: 包括型脳科学研究推進支援ネットワーク夏のワークショップ
  • Place of Presentation: 仙台市
  • Year and Date: 2012-07-26
• [Presentation] Striatopallidal neurons regulate motor activity through cortically evoked response patterns in the substantia nigra pars reticulata (2012)
  • Author(s): Sano H, Chiken S, Hikida T, Kobayashi K, Nambu A
  • Organizer: 第89回日本生理学会大会
  • Place of Presentation: 松本市
  • Year and Date: 2012-03-31
• [Presentation] Striatopallidal neurons attenuate motor activity through the phasic response pattern in the basal ganglia. (2012)
  • Author(s): Sano Hiromi
  • Organizer: NEUROSCIENCE 2012
  • Place of Presentation: The Ernest N. Morial Convention Center （New Orleans, USA）
• [Presentation] Pathophysiology and therapy for basal ganglia disease. (2012)
  • Author(s): Sano Hiromi
  • Organizer: The 11th Biennial Meeting of the Asian Pacific Society for Neurochemistry (APSN2012), The 55th Annual Meeting of the Japanese Society for Neurochemistry
  • Place of Presentation: 神戸国際会議場（神戸市）
  • Invited
• [Presentation] Selective activation of cortico-striatal projections by using optogenetics with retrograde gene transfer. (2012)
  • Author(s): Sano Hiromi
  • Organizer: 第35回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: 名古屋国際会議場（名古屋市）
• [Presentation] 光遺伝学を応用した大脳皮質-線条体経路の神経生理機能の解明 (2012)
  • Author(s): 佐野裕美
  • Organizer: 包括型脳科学研究推進支援ネットワーク 夏のワークショップ
  • Place of Presentation: 仙台国際センター（仙台市）
• [Presentation] 線条体-淡蒼球投射ニューロンが制御する運動調節機構の解明 (2012)
  • Author(s): 佐野裕美、知見聡美、疋田貴俊、小林和人、南部篤
  • Organizer: 第89回日本生理学会大会
  • Place of Presentation: 松本文化会館（ 長野県）
• [Presentation] 線条体?淡蒼球投射ニューロンが制御する運動調節機能の解明 (2011)
  • Author(s): 佐野裕美、知見聡美、小林和人、南部篤
  • Organizer: 第58回中部日本生理学会
  • Place of Presentation: 福井市
  • Year and Date: 2011-11-01
• [Presentation] Striatopallidal neurons regulate motor activity through response pattern in the external segment of globus pallidus and substantia nigra pars reticulata (2011)
  • Author(s): Sano H, Chiken S, Kobayashi K, Nambu A
  • Organizer: 第34回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: 横浜市
  • Year and Date: 2011-09-15
• [Presentation] 大脳基底核の生理機能解明への光遺伝学の応用 (2011)
  • Author(s): 佐野裕美、加藤成樹、知見聡美、小林憲太、小林和人、南部篤
  • Organizer: 包括型脳科学研究推進支援ネットワーク夏のワークショップ
  • Place of Presentation: 神戸市
  • Year and Date: 2011-08-22
• [Presentation] 大脳基底核の生理機能の解明への光遺伝学の応用 (2011)
  • Author(s): 佐野裕美、知見聡美、加藤成樹、小林憲太、小林和人、南部篤
  • Organizer: 包括型脳科学研究推進支援ネットワーク夏のワークショップ
  • Place of Presentation: 神戸国際会議場（ 兵庫県）
• [Presentation] 線条体-淡蒼球投射ニューロンは淡蒼球外節および黒質網様部の応答パターンを介して運動を制御する (2011)
  • Author(s): 佐野裕美、知見聡美、小林和人、南部篤
  • Organizer: 第34回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜（ 神奈川県）
• [Presentation] 線条体-淡蒼球投射ニューロンが制御する運動調節機構の解明 (2011)
  • Author(s): 佐野裕美、知見聡美、小林和人、南部篤
  • Organizer: 第58回中部日本生理学会
  • Place of Presentation: 県民ホール（ 福井県）
• [Remarks] 生理学研究所ホームページ、プレスリリース
• [Remarks] 日本神経科学学会ホームページ、神経科学トピックス
  • URL: http://www.jnss.org/20130524-02/
• [Remarks] 日本生理学会ホームページ、サイエンストピックス
  • URL: http://physiology.jp/exec/page/stopics85/
• [Remarks] 日経産業新聞、2013年4月25日、11面、意思に反した手足の動きを抑える神経回路発見