小脳視床路シナプスの時間符号化を解読する

• Project/Area Number: 26430015
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Research Field: Neurophysiology / General neuroscience
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 中村 公一 京都大学, 医学(系)研究科(研究院), 助教 (10444457)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2016-03-31
• Project Status: Discontinued (Fiscal Year 2015)
• Budget Amount: ¥5,200,000 (Direct Cost: ¥4,000,000、Indirect Cost: ¥1,200,000); Fiscal Year 2016: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2015: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2014: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000)
• Keywords: 電気生理学 / 小脳 / 視床 / EPSP / 神経符号化 / 時間符号化 / 脳波 / 薬理学 / 光遺伝学

Outline of Annual Research Achievements

小脳は、運動の調整と教師あり学習の要である。プルキンエ細胞の抑制性出力が、小脳核から視床を介して、最終的にどのように大脳皮質運動野の活動を制御するのかについては未だに不明の点が多い。小脳核からの出力信号はニューロンの発火率の増減によって情報を表現する（発火率符号化）という見方が一般的だが、運動中にしばしば見られる小脳核ニューロンの発火休止は、スパイク列の時系列構造として「時間符号化」され、視床や大脳皮質にとって特別な意味を持つ可能性がある。本研究は、巨大EPSPを細胞外電極で検出した「S電位」というユニークな記録を手がかりに、小脳視床路シナプスの時間符号化を解読することを目指すものである。

視床の投射ニューロンから傍細胞記録法により細胞外電極で活動電位（スパイク）を記録中に、振幅の小さな電位を記録した。これは50年ほど前に、ネコの外側膝状体において、同様に細胞外電極により発見された「S電位」に酷似している。外側膝状体のS電位は網膜神経節細胞由来のEPSPが記録されたものである。新たにS電位を記録した細胞の所在は視床運動核のVL核と髄板内核群のPC核/CL核であった。このうちVL核は駆動型入力として小脳核から巨大なグルタミン酸作動性軸索終末を受けているため、新たに見つかったS電位は小脳核由来のEPSPであると仮説を立てた。

皮質脳波が徐波活動状態にあるときは、S電位は高頻度（>40 Hz）発火しながら数秒に一度0.5秒間ほど発火停止し、発火再開の際に必ず数発のEPSPに続いて、スパイクが連続するバースト発火が見られた。これに対し、皮質脳波が活性化状態にあるとき、S電位は持続的に高頻度発火し続け、およそ30%の確率でEPSPからスパイクを生じた。また、小脳核の投射ニューロンが、視床で観察したS 電位とよく似た脳状態依存性を示すことが確認され、S電位の小脳核由来仮説を支持した。

Research Products

• [Int'l Joint Research] MRC Brain Network Dynamics Unit(United Kingdom)
• [Journal Article] Prototypic and Arkypallidal Neurons in the Dopamine-Intact External Globus Pallidus (2015)
  • Author(s): Azzedine Abdi, Nicolas Mallet, Foad Mohamed, Andrew Sharott, Paul Dodson, Kouichi Nakamura, Sana Suri, Sophie Avery, Joseph Larvin, Farid Garas, Shady Garas, Federica Vinciati, Stéphanie Morin, Erwan Bezard, Jerome Baufreton, Peter Magill
  • Journal Title: The Journal of Neuroscience Volume: 0 Issue: 17 Pages: 0-0
  • DOI: 10.1523/jneurosci.4662-14.2015
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] ラット視床下核ニューロンの新線条体インターニューロンへの入力 (2015)
  • Author(s): 越水義登, 中村公一, 古田貴寛, 田中琢真, 金子武嗣
  • Organizer: 第91回日本解剖学会近畿支部学術集会
  • Place of Presentation: 京都工芸繊維大学（京都府・京都市）
  • Year and Date: 2015-11-28
• [Presentation] ラットのヒゲ運動に関連する一次運動野ニューロンの生理学的・形態学的検討 (2015)
  • Author(s): 柴田憲一, 田中琢真, 中村公一, 古田貴寛
  • Organizer: 第108回近畿生理学談話会
  • Place of Presentation: 近畿大学（大阪府・東大阪市）
  • Year and Date: 2015-10-24
• [Presentation] Spatiotemporal dynamics of sensory processing in the rat whisker tactile system (2015)
  • Author(s): Hirai D, Shibata K, Nakamura KC, Tanaka T, Hioki H, Kaneko T, Furuta T
  • Organizer: Society for Neuroscience
  • Place of Presentation: Chicago (USA)
  • Year and Date: 2015-10-17
• [Presentation] ヒゲ感覚システムにおいて新たに発見した視床アルファオシレーションと皮質視床連関 (2015)
  • Author(s): 平井大地, 柴田憲一, 中村公一, 田中琢真, 日置寛之, 金子武嗣, 古田貴寛
  • Organizer: 第38回日本神経科学学会
  • Place of Presentation: 神戸国際会議場（兵庫県・神戸市）
  • Year and Date: 2015-07-30
• [Presentation] パーキンソン病モデルラット視床運動核のニューロン活動異常 (2015)
  • Author(s): 中村公一, Andrew Sharott, Federica Vinciati, 田中琢真, Nicolas Mallet, Peter J. Magill
  • Organizer: 第38回日本神経科学学会
  • Place of Presentation: 神戸国際会議場（兵庫県・神戸市）
  • Year and Date: 2015-07-30
• [Presentation] ラット視床下核は新線条体インターニューロンへ入力する (2015)
  • Author(s): 越水義登, 中村公一, 古田貴寛, 金子武嗣
  • Organizer: 第38回日本神経科学学会
  • Place of Presentation: 神戸国際会議場（兵庫県・神戸市）
  • Year and Date: 2015-07-30
• [Presentation] 発火頻度かパターンか：パーキンソン病モデルラットにおける視床運動核ニューロンの自発発火異常を探る (2015)
  • Author(s): 中村公一
  • Organizer: 第30回日本大脳基底核研究会
  • Place of Presentation: 名鉄犬山ホテル（愛知県・犬山市）
  • Year and Date: 2015-07-18
  • Invited
• [Presentation] ラット視床下核ニューロンは新線条体インターニューロンへ入力する (2015)
  • Author(s): 越水義登, 中村公一, 田中琢真, 古田貴寛, 金子武嗣
  • Organizer: 第30回日本大脳基底核研究会
  • Place of Presentation: 名鉄犬山ホテル（愛知県・犬山市）
  • Year and Date: 2015-07-18
• [Presentation] Subthalamic inputs to neostriatal interneurons in the rat (2015)
  • Author(s): Yoshinori Koshimizu, Kouichi C. Nakamura, Takuma Tanaka, Tkahiro Furuta, Takeshi Kaneko
  • Organizer: 第9回Motor Control 研究会
  • Place of Presentation: 京都大学（京都府・京都市）
  • Year and Date: 2015-06-26
• [Presentation] パーキンソン病モデルラット視床運動核のニューロン活動異常：発火頻度かパターンか (2015)
  • Author(s): 中村公一, Andrew Sharott, 田中琢真, Federica Vinciati, Nicolas Mallet, Peter J. Magill
  • Organizer: 神経オシレーションカンファレンス
  • Place of Presentation: 京都大学（京都府・京都市）
  • Year and Date: 2015-06-25
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] ヒゲ感覚システムにおいて新たに発見した視床アルファオシレーションと皮質視床連関 (2015)
  • Author(s): 平井大地, 柴田憲一, 中村公一, 田中琢真, 日置寛之, 金子武嗣, 古田貴寛
  • Organizer: 神経オシレーションカンファレンス
  • Place of Presentation: 京都大学（京都府・京都市）
  • Year and Date: 2015-06-25
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Neuronal activities in the motor thalamus of Parkinsonian rats: Rate vs Pattern (2015)
  • Author(s): Kouichi C Nakamura, Andrew Sharrot, Vinciati Federica, Takuma Tanaka, Nicolas Mallet, Peter Magill
  • Organizer: 日本解剖学会日本生理学会合同大会
  • Place of Presentation: 神戸国際会議場
  • Year and Date: 2015-03-23
• [Presentation] パーキンソン病モデルラット視床運動核ニューロンの自発活動異常: 発火頻度かパターンか (2014)
  • Author(s): 中村公一
  • Organizer: 大脳皮質を中心とした神経コネクトミクスとその動的特性を探る
  • Place of Presentation: 岡崎カンファレンスセンター
  • Year and Date: 2014-12-04
  • Invited
• [Presentation] Neuronal activity in the motor thalamus of Parkinsonian rats (2014)
  • Author(s): Kouichi C Nakamura, Andrew Sharott, Nicolas Mallet, Peter J Magill
  • Organizer: 日本神経科学学会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜
  • Year and Date: 2014-09-11
• [Presentation] Neuronal activity in the motor thalamus of dopamine-intact and Parkinsonian rats: firing rate vs. pattern (2014)
  • Author(s): 中村公一
  • Organizer: A quarter century after the direct and indirect pathways model of the basal ganglia and beyond.
  • Place of Presentation: 生理学研究所
  • Year and Date: 2014-09-08
  • Invited
• [Book] Annual Review 神経 2015 (2015)
  • Author(s): 中村公一
  • Total Pages: 9
  • Publisher: 中外医学社
• [Remarks] Research Map
  • URL: http://researchmap.jp/kouichi_nakamura/?lang=japanese