Effect of amygdala feedback on object representation in the ventral visual cortex

• Project Area: Understanding human recognition of material properties for innovation in SHITSUKAN science and technology
• Project/Area Number: 18H05018
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Institution: National Institutes for Quantum and Radiological Science and Technology
• Principal Investigator: 宮川 尚久 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 放射線医学総合研究所 脳機能イメージング研究部, 主任研究員(任常) (60415312)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2020-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2019)
• Budget Amount: ¥8,190,000 (Direct Cost: ¥6,300,000、Indirect Cost: ¥1,890,000); Fiscal Year 2019: ¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000); Fiscal Year 2018: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
• Keywords: 霊長類 / 視覚 / 情動 / 腹側視覚皮質 / 扁桃体 / 化学遺伝学 / 電気生理 / 物体視 / 腹側視覚野 / 腹側視覚系

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、情動関連情報の脳内処理中枢である扁桃体が、大脳皮質視覚野における視覚情報処理に及ぼす影響を評価するため、世界でも例の少ないマカクザルでの化学遺伝学：DREADD（Designer Receptors Exclusively Activated by Designer Drugs）を駆使した研究を行っている。他のグループより発表された最新の研究でDREADD技術の根幹となる選択的薬剤の作用に疑義が生じたため、我々はまず新規の選択的作用薬の開発と評価を行った。我々が新規アゴニストとして発表したデスクロロクロザピン(DCZ)は、これまでの薬剤と比較して非常に優れた脳内移行性および受容体活性化能を持ち、またDREADD受容体以外への非特異的結合も低い優れた薬剤であることを確認した（Nature Neuroscience, in press）。次に、この新規アゴニストDCZおよび興奮性化学遺伝学受容体hM3Dqを用いてマカクザル扁桃体の神経活動を賦活化させたうえで、腹側視覚皮質に生じる視覚情報処理の変容について解析した。脳の腹側視覚皮質を広範囲で覆う表面脳波電極(ECoG)を留置し、サルが注視課題を遂行している際に、情動的質感特徴（恐怖顔、ヘビ、クモなど）を含む刺激画像セットを視覚提示した際の視覚応答性神経活動パターンを計測した。化学遺伝学アゴニストDCZ投与により扁桃体神経活動の持続的賦活化を引き起こすと、腹側視覚野が、1)顔選択性領域において顔画像に対する視覚応答を減弱させること、2)中立表情顔と脅威表情の画像に対する視覚応答の差を消失させること、をECoGによる視覚応答性神経活動パターンより見出した。また、2頭の動物で同じ傾向があることを確認した。

Research Progress Status

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] University of North Carolina/Mount Sinai Cent. Therapeutic Discovery(米国)
• [Journal Article] Deschloroclozapine, a potent and selective chemogenetic actuator enables rapid neuronal and behavioral modulations in mice and monkeys (2020)
  • Author(s): Nagai Y, Miyakawa N, Takuwa H, Hori Y, Oyama K, Ji B, Takahashi M, Huang XP, Slocum ST, DiBerto JF, Urushihata T, Xiong Y, Hirabayashi T, Fujimoto A, Mimura K, English JG, Liu J, Inoue K, Kumata K, Seki C, Ono M, Shimojo M, Zhang MR, Tomita Y, Nakahara J, Suhara T, Takada M, Higuchi M, Jin J, Roth BL, Minamimoto T
  • Journal Title: Nature Neuroscience Volume: -
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] 扁桃体神経活動が腹側視覚野における他者の顔・表情の神経表現に及ぼす影響 (2019)
  • Author(s): 宮川 尚久, 永井 裕司, 堀 由紀子, 南本 敬史
  • Organizer: 生理研研究会「行動の多様性を支える神経基盤とその動作様式の解明」
• [Presentation] Amygdala dysfunction specifically disrupts socio-emotional representation in macaque ventral visual cortex (2019)
  • Author(s): Miyakawa N, Nagai Y, Hori Y, Matsuo T, Suzuki T, Inoue K, Takada M, Suhara T, Kawasaki, K, Minamimoto T
  • Organizer: International Symposium "Past, Present and Future of Shitsukan Science and Technologies"
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] DREADD inactivation reveals critical role of orbitofrontal cortex in reward-based adaptive decision-making in monkeys (2019)
  • Author(s): Oyama K, Hori Y, Nagai Y, Hirabayashi, T, Miyakawa N, Fujimoto A, Mimura K, Inoue K, Eldridge M, Saunders R, Suhara T, Takada M, Masato, H, Richmond, B, Minamimoto T
  • Organizer: 第42回 日本神経科学大会
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Neural coding of facial images with different skin textures in the temporal lobe of monkey (2019)
  • Author(s): Hayashi K, Matsumoto N, Matsuda K, Kenichro Miura, Yamane S, Matsuo S, Yanai K, Eldridge M A G, Saunders R C, Richmond B J, Nagai Y, Miyakawa N, Minamimoto T, Okada M, Kawano K, Sugase-Miyamoto Y
  • Organizer: 第42回 日本神経科学大会
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Chemogenetic activation of the amygdala specifically disrupts the representation of socio-emotional information in the macaque ventral visual cortex (2019)
  • Author(s): Miyakawa N, Nagai Y, Hori Y, Matsuo T, Suzuki T, Inoue K, Takada M, Suhara T, Kawasaki, K, Minamimoto T
  • Organizer: 第42回 日本神経科学大会
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] A novel ligand “deschloroclozapine” selectively visualizes and activates chemogenetic receptors in non-human primates (2019)
  • Author(s): Nagai Y., Miyakawa N, Takuwa H., Hori Y., Oyama K., Ji B., Takahashi M., Huang X.-P., Slocum S. T., Xiong Y., Hirabayashi T., Fujimoto A., Mimura K., English J. G., Liu J., Inoue K.-i., Kumata K., Seki C., Ono M., Shimojo M., Zhang M.-R., Tomita Y., Suhara T., Takada M., Higuchi M., Jin J., Roth B. L., and Minamimoto T
  • Organizer: Brain and BrainPET 2019
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Impact of reward prediction error on value-based decision-making (2018)
  • Author(s): Atsushi Fujimoto, Yuji Nagai, Yukiko Hori, Kei Oyama, Naohisa Miyakawa, Takafumi Minamimoto
  • Organizer: International workshop on “Monitoring and manipulating brain function in non-human primates”
• [Presentation] PET imaging of selective control of neural activity with a novel DREADD agonist (2018)
  • Author(s): Yuji Nagai, Naohisa Miyakawa, Bin Ji, Yukiko Hori, …, Takafumi Minamimoto
  • Organizer: 第41回日本神経科学大会
• [Presentation] 内因性光計測法によるコモンマーモセット・上側頭溝における他者行動表現の可視化 (2018)
  • Author(s): 鈴木 航, 谷 利樹, 速水 琢, 坂野 拓, 宮川 尚久, 阿部 央, 渡邉 恵, 益子 宏美, 一戸 紀孝
  • Organizer: 第41回日本神経科学大会
• [Presentation] 扁桃体からのフィードバックが腹側視覚野の視覚表現に及ぼす影響 (2018)
  • Author(s): 宮川 尚久, 永井 裕司, 南本 敬史
  • Organizer: 「質感のつどい」
• [Presentation] 扁桃体からの入力が腹側視覚野顔応答領域の顔表情表現に及ぼす影響 (2018)
  • Author(s): 宮川 尚久, 永井 裕司, 南本 敬史
  • Organizer: 新学術領域「顔身体学」第3回領域会議
• [Presentation] 扁桃体からのフィードバックが腹側視覚野の質感神経表現に及ぼす影響 (2018)
  • Author(s): 宮川 尚久
  • Organizer: 新学術領域「多元質感知」第6回領域班会議
• [Remarks] researchmap
  • URL: https://researchmap.jp/nmiyakawa-ns/
• [Patent(Industrial Property Rights)] 人工受容体に結合する新規化合物、人工受容体のイメージング方法、アゴニストまたはアンタゴニスト、治療薬、コンパニオン診断薬、神経細胞のイメージング方法 (2018)
  • Inventor(s): 南本敬史, 永井裕司, 季斌, 宮川尚久, 樋口真人, 須原哲也
  • Industrial Property Rights Holder: 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Filing Date: 2018