抑制性ニューロンの観察・操作による巧緻性再獲得のメカニズム解明

• Project Area: Hyper-adaptability for overcoming body-brain dysfunction: Integrated empirical and system theoretical approaches
• Project/Area Number: 20H05480
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Complex systems
• Research Institution: Keio University
• Principal Investigator: 近藤 崇弘 慶應義塾大学, 医学部(信濃町), 助教 (70759886)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2022-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2021)
• Budget Amount: ¥6,110,000 (Direct Cost: ¥4,700,000、Indirect Cost: ¥1,410,000); Fiscal Year 2021: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000); Fiscal Year 2020: ¥3,120,000 (Direct Cost: ¥2,400,000、Indirect Cost: ¥720,000)
• Keywords: マーモセット / 歩行解析 / 神経可塑性 / カルシウムイメージング / DREADD / 抑制性ニューロン / GABA / Caイメージング

Outline of Research at the Start

マーモセット脊髄損傷モデルを用いて、カルシウムイメージングにより運動野のGABA作動性ニューロンの活動を観察することで、運動機能回復過程においてこれらのニューロンがどのような活動パターンの変化を示すか追跡する。さらに、皮質脊髄路投射ニューロンを選択的にイメージングし、GABAイメージングで検証されたphaseごとにCSTニューロンの活動がどう変化するか観察することで、抑制系とCSTニューロンの関係性を推測する。最後に、GABA作動性ニューロンをDREADDで抑制したときに、CSTニューロンの可塑性が促進するかどうか検証することで、脊髄損傷における抑制系とCSTニューロンの因果関係を検証する。

Outline of Annual Research Achievements

新しい運動技能の獲得，または脳や脊髄損傷(SCI: Spinal Cord Injury)後の回復期において，脳は機能再編成を生じる．この可塑性の調節には抑制性の神経伝達物質であるGABAが重要な役割を担うと考えられている．ヒト運動学習中では学習初期のGABA濃度の低下がその後の学習の大きさと強く相関することが報告されている．また，脳卒中やSCIなどの中枢神経障害後において運動野では機能性編成がおこることが知られているが，これらの変化と抑制性制御との関連性についてはほとんどわかっていない．本年度の具体的成果は，マウスおよびマーモセット脊髄損傷モデルにおける解析方法の確立である。脊髄損傷後の運動障害と再建過程を理解するために、中枢神経系により制御される関節運動協調パターンを分析した。その結果、関節運動における協調性の障害度は、脊髄の組織学的損傷度と相関することを明らかにした．

Research Progress Status

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Markerless analysis of hindlimb kinematics in spinal cord-injured mice through deep learning (2022)
  • Author(s): Sato Yuta、Kondo Takahiro、Shinozaki Munehisa、Shibata Reo、Nagoshi Narihito、Ushiba Junichi、Nakamura Masaya、Okano Hideyuki
  • Journal Title: Neuroscience Research Volume: 176 Pages: 49-56
  • DOI: 10.1016/j.neures.2021.09.001
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Functional reorganization of locomotor kinematic synergies reflects the neuropathology in a mouse model of spinal cord injury (2022)
  • Author(s): Sato Yuta、Kondo Takahiro、Shibata Reo、Nakamura Masaya、Okano Hideyuki、Ushiba Junichi
  • Journal Title: Neuroscience Research Volume: 177 Pages: 78-84
  • DOI: 10.1016/j.neures.2021.12.002
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Preserved intersegmental coordination during locomotion after cervical spinal cord injury in common marmosets (2022)
  • Author(s): Sato Yuta、Kondo Takahiro、Uchida Akito、Sato Kenta、Yoshino-Saito Kimika、Nakamura Masaya、Okano Hideyuki、Ushiba Junichi
  • Journal Title: Behavioural Brain Research Volume: 425 Pages: 113816-113816
  • DOI: 10.1016/j.bbr.2022.113816
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Treadmill Training for Common Marmoset to Strengthen Corticospinal Connections After Thoracic Contusion Spinal Cord Injury (2022)
  • Author(s): Kondo Takahiro、Saito Risa、Sato Yuta、Sato Kenta、Uchida Akito、Yoshino-Saito Kimika、Shinozaki Munehisa、Tashiro Syoichi、Nagoshi Narihito、Nakamura Masaya、Ushiba Junichi、Okano Hideyuki
  • Journal Title: Frontiers in Cellular Neuroscience Volume: 16 Pages: 858562-858562
  • DOI: 10.3389/fncel.2022.858562
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 疾患モデルマーモセットの行動解析と神経活動記録 (2022)
  • Author(s): 近藤崇弘、佐藤裕太、牛場潤一、岡野栄之
  • Organizer: 第11回マーモセット研究会大会
  • Invited