行動開始に伴う海馬と大脳皮質のマルチニューロン活動遷移

• Project Area: The study on the neural dynamics for understanding communication in terms of complex hetero systems
• Project/Area Number: 22120520
• 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: Tamagawa University
• Principal Investigator: 磯村 宜和 (礒村 宜和) 玉川大学, 脳科学研究所, 教授 (00415077)
• Project Period (FY): 2010 – 2011
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2011)
• Budget Amount: ¥11,440,000 (Direct Cost: ¥8,800,000、Indirect Cost: ¥2,640,000); Fiscal Year 2011: ¥5,720,000 (Direct Cost: ¥4,400,000、Indirect Cost: ¥1,320,000); Fiscal Year 2010: ¥5,720,000 (Direct Cost: ¥4,400,000、Indirect Cost: ¥1,320,000)
• Keywords: 神経科学 / 脳・神経 / 生理学 / 神経生理学 / ラット / 大脳皮質 / 運動野 / 神経細胞

Research Abstract

本研究計画は、行動中の大脳内の遷移状態を理解するために、マルチニューロン記録法を活かして、ラットが自らのタイミングで内発性運動を開始する瞬間に、海馬や大脳皮質ではどのような神経細胞の集団活動の変化がみられるのか、さらには両領域間で表現される情報に何らかの相互作用がみられるのかを生理学的かつ理論的見地から解析することを目指したものである。初年度は、オペラント学習により効率よく内発性および外発性運動課題を繰り返す行動実験系を確立した。当年度は、このような内発性および外発性運動を遂行するラットを対象にして、一次および二次運動野(一部は海馬)に2シャンク4テトロード配列型の16chシリコンプローブを挿入するマルチニューロン記録実験を実施した。その結果、両運動野ともに、運動を発現中にRegular spiking(RS)細胞やfast-spiking(FS)細胞は運動の保持や実行に関与する活動がみられ、それらの間で同期的発火がみられることを観察した。この同期的発火を示す細胞群には「ハブ」の存在が認められた。さらに、傍細胞記録によるナノ刺激法も援用して、この同期的発火の特性を詳細に解析した。ラットの一次運動野と二次運動野の機能は基本的に類似しており、機能的分化が著しい霊長類の運動諸領域とは対照的であった。また、マルチニューロン記録の解析のために、理論系研究者の酒井裕博士と緊密な共同研究体制を築いており、スパイク・ソーティングやその後の各種解析を円滑に実施できる環境を整え終えた。

Research Products

• [Journal Article] Spike sorting of heterogeneous neuron types by multimodality-weighted PCA and explicit robust variational Bayes (2012)
  • Author(s): Takekawa T, et al
  • Journal Title: Front.Neuroinform. Volume: 6 Pages: 5-5
  • DOI: 10.3389/fninf.2012.00005
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Power-law inter-spike interval distributions infer a conditional maximization of entropy in cortical neurons (2012)
  • Author(s): Tsubo Y, et al
  • Journal Title: PLoS Comput.Biol. Volume: 8 Issue: 4 Pages: e1002461-e1002461
  • DOI: 10.1371/journal.pcbi.1002461
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] マルチニューロン記録実験の実用プロトコール (2011)
  • Author(s): 礒村宜和
  • Journal Title: 日本神経回路学会誌 Volume: 18 Pages: 14-21
  • NAID: 10028190885
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Near scale-free dynamics in neural population of waking/sleeping rats revealed by multiscale analysis. (2010)
  • Author(s): Safonov LA
  • Journal Title: PLoS ONE Volume: 5
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Prototypic seizure activity driven by mature hippocampal fast-spiking interneurons. (2010)
  • Author(s): F.-Tsukamoto Y
  • Journal Title: J Neurosci Volume: 30 Pages: 13679-13689
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 傍細胞記録法:行動課題を遂行するラットへの応用 (2012)
  • Author(s): 礒村宜和
  • Organizer: 第11回生理学若手ウィンタースクール
  • Place of Presentation: 東京医科歯科大学(東京都)(招待講演)
  • Year and Date: 2012-02-12
• [Presentation] Microcircuitry mechanism of voluntary movements (2012)
  • Author(s): Yoshikazu Isomura
  • Organizer: Japan-France Joint Symposium on Neural Dynamics and Plasticity
  • Place of Presentation: 京都大学(京都府)(招待講演)
  • Year and Date: 2012-01-12
• [Presentation] 自発性運動の皮質回路機構-新しい行動・生理学的アプローチ- (2010)
  • Author(s): 礒村宜和
  • Organizer: ニューロコンピューティング研究会
  • Place of Presentation: 東北大学(宮城県)
  • Year and Date: 2010-11-18
• [Remarks] 礒村研究室ホームページ
  • URL: http://www.tamagawa.ac.jp/teachers/isomura/index.html
• [Patent(Industrial Property Rights)] 動物実験装置 (2011)
  • Inventor(s): 礒村宜和
  • Industrial Property Rights Holder: 玉川学園
  • Industrial Property Number: 2011-139810
  • Filing Date: 2011-06-23