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Hyper-Adaptability in invasive motor cortex stimulation for pain

Publicly Offered Research

Project AreaHyper-adaptability for overcoming body-brain dysfunction: Integrated empirical and system theoretical approaches
Project/Area Number 20H05481
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)

Allocation TypeSingle-year Grants
Review Section Complex systems
Research InstitutionTokyo Women's Medical University

Principal Investigator

宮田 麻理子  東京女子医科大学, 医学部, 教授 (70281631)

Project Period (FY) 2020-04-01 – 2021-03-31
Project Status Discontinued (Fiscal Year 2020)
Budget Amount *help
¥6,110,000 (Direct Cost: ¥4,700,000、Indirect Cost: ¥1,410,000)
Fiscal Year 2020: ¥3,120,000 (Direct Cost: ¥2,400,000、Indirect Cost: ¥720,000)
KeywordsDysgranular area / 一次体性感覚野 / 一次運動野 / 痛覚 / 視床 / 体性感覚野 / 運動野 / 抑制 / 皮質間結合
Outline of Research at the Start

体性感覚野の中のDysgranular area(Dys)に、侵害受容選択性細胞が特異的に局在し、運動野(M1)から皮質皮質の直接路と皮質下視床を介した間接路の二つの経路から豊富な神経結合を受けている。本研究は、直接路と間接路を経路選択的にチャネルロドプシン(ChR2)で標識し、光刺激することで、Dysの侵害応答の変化を明らかにする。数理モデルを組み合わせ、MCSの鎮痛効果のメカニズムを明らかにすることを目的とする。

Outline of Annual Research Achievements

我々は、脳梗塞モデルの一次運動野(M1)が一次体性感覚野(S1)にかけて抑制をかけていることを見出した。また、抑制入力を数理モデルによって予測し、疑似的に抑制を戻すことで、脳梗塞による感覚情報処理の障害を完全に回復させることに成功した(Scientific Reports 2019). この知見を痛覚に適応し、運動野刺激による除痛療法(MCS)のメカニズムの解明を目指した。すでに我我は、S1の中のDysgranular area(Dys)に、侵害受容選択性細胞が豊富に局在することを見出した。M1から直接・間接の神経結合があることから、M1から修飾をうける痛覚皮質領域であることを提唱してきた。臨床ではM1の電気刺激により除痛療法(MCS)が実用化されているがその詳細なメカニズムは解明されていない。このような背景から、M1からDysへの抑制入力が痛覚を修飾し、さらにM1の高頻度電気刺激による強い抑制の介入が、Dysを超適応状態に誘導し、MCSのような長期にわたる除痛効果をもたらすのではないかと考えた。
初年度は、M1からDysへの直接の皮質皮質結合を経路選択的に刺激することで、除痛効果の有無を目指した。CreLoxPシステムのウイルスベクターを用いた経路選択的にチャネルロドプシンを発現させた。発現が十分に得られた個体はDysの侵害刺激応答がM1からのチャネルロドプシン刺激で応答の低下がみられるものの、安定したウイルスの発現に至っていない。
そのため、現在は順行性のウイルストベクターに切り替えM1からDysへの影響を調べている。

Research Progress Status

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(1 results)
  • 2020 Annual Research Report
  • Research Products

    (13 results)

All 2021 2020 Other

All Journal Article (4 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 4 results,  Open Access: 4 results) Presentation (8 results) (of which Invited: 1 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Ipsilesional spatial bias after a focal cerebral infarction in the medial agranular cortex: A mouse model of unilateral spatial neglect2021

    • Author(s)
      Daisuke Ishii, Hironobu Osaki, Arito Yozu, Kiyoshige Ishibashi, Kenta Kawamura, Satoshi Yamamoto, Mariko Miyata, Yutaka Kohno
    • Journal Title

      Behavioural Brain Research

      Volume: 401 Pages: 113097-113097

    • DOI

      10.1016/j.bbr.2020.113097

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Macrophages are activated in the rat anterior pituitary under chronic inflammatory conditions2021

    • Author(s)
      Yagasaki Yuki、Katayama Yoko、Kinoshita Yoko、Nagata Tomonari、Kawakami Yoriko、Miyata Mariko
    • Journal Title

      Neuroscience Letters

      Volume: 748 Pages: 135688-135688

    • DOI

      10.1016/j.neulet.2021.135688

    • NAID

      120007188431

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Accelerated outgrowth in cross-facial nerve grafts wrapped with adipose-derived stem-cell (ADSC) sheets2020

    • Author(s)
      Kaori Fujii, Hajime Matsumine, Hironobu Osaki, Yoshifumi Ueta, Wataru Kamei, Yosuke Niimi, Kazuki Hashimoto, Mariko Miyata, Hiroyuki Sakurai
    • Journal Title

      Journal of Tissue Engineering and Regenerative Medicine

      Volume: 14 Issue: 8 Pages: 1087-1099

    • DOI

      10.1002/term.3083

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Tonic GABAergic Inhibition Is Essential for Nerve Injury-Induced Afferent Remodeling in the Somatosensory Thalamus and Ectopic Sensations2020

    • Author(s)
      Nagumo Y, Ueta Y, Nakayama H, Osaki H, Takeuchi Y, Uesaka N, Kano M, Miyata M
    • Journal Title

      Cell Rep

      Volume: 31 Issue: 12 Pages: 107797-107797

    • DOI

      10.1016/j.celrep.2020.107797

    • NAID

      120007053424

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] 自由行動下マウスに対する痛み応答(行動)の自動計測と光遺伝学的制御2021

    • Author(s)
      尾崎弘展、金谷萌子、宮田麻理子
    • Organizer
      第2回新学術領域「超適応」全体会議
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] 視床のシナプス刈り込みにおけるプレシナプス機能変化の解明2021

    • Author(s)
      宮田 麻理子
    • Organizer
      【臨界期生物学】第1回公開ウェブシンポジウムおよび第1回領域班会議
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] 超適応メカニズムを利用した運動野刺激の除痛効果 キックオフシンポジウム2020

    • Author(s)
      宮田 麻理子
    • Organizer
      新学術領域 A班 班会議
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] The role of tonic GABAergic inhibition for nerve injury-induced afferent remodeling in the thalamus and associated ectopic sensations.2020

    • Author(s)
      Miyata Mariko
    • Organizer
      遺伝研究会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] 末梢神経損傷に伴う脳幹局所的なミクログリア活性は視床ヒゲマップの可塑的再構築を引き起こす.2020

    • Author(s)
      植田禎史, 宮田麻理子
    • Organizer
      シナプス研究会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] Microglia in the brainstem promote peripheral nerve injury-induced circuit reorganization in the thalamus.2020

    • Author(s)
      Ueta Yoshifumi, Miyata Mariko
    • Organizer
      The 63rd Annual Meeting of the Japanese Society for Neurochemistry
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] The dysgranular area in the primary somatosensory cortex modulates nociception induced escape behavior.2020

    • Author(s)
      Hironobu Osaki,Moeko Kanaya,Yoshifumi Ueta,Mariko Miyata
    • Organizer
      The 43rd Annual Meeting of the Japan Neuroscience Society
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] Brainstem microglia are critical for peripheral nerve injury-induce reorganization of thalamic circuits.2020

    • Author(s)
      Ueta Yoshifumi, Sekino Sachie, Katayama Yoko, Miyata Mariko
    • Organizer
      The 43rd Annual Meeting of the Japan Neuroscience Society
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Remarks]

    • URL

      http://www.twmu.ac.jp/neurophysiology/index.html

    • Related Report
      2020 Annual Research Report

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Published: 2020-04-28   Modified: 2022-12-28  

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