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Neural circuit remodeling occurred in primary motor cortex during motor skill acquisition

Publicly Offered Research

Project AreaDeciphering and Manipulating Brain Dynamics for Emergence of Behaviour Change in Multidimensional Biology
Project/Area Number 23H04689
Research Category

Grant-in-Aid for Transformative Research Areas (A)

Allocation TypeSingle-year Grants
Review Section Transformative Research Areas, Section (III)
Research InstitutionNational Institute for Physiological Sciences

Principal Investigator

窪田 芳之  生理学研究所, 脳機能計測・支援センター, 准教授 (90192567)

Project Period (FY) 2023-04-01 – 2025-03-31
Project Status Declined (Fiscal Year 2024)
Budget Amount *help
¥7,280,000 (Direct Cost: ¥5,600,000、Indirect Cost: ¥1,680,000)
Fiscal Year 2024: ¥3,640,000 (Direct Cost: ¥2,800,000、Indirect Cost: ¥840,000)
Fiscal Year 2023: ¥3,640,000 (Direct Cost: ¥2,800,000、Indirect Cost: ¥840,000)
Keywordsスパイン / 大脳皮質 / シナプス / 学習 / 神経回路 / 運動学習 / リモデリング / 光顕電顕相関
Outline of Research at the Start

我々が環境に順応し生きていくための重要な脳機能のひとつとして、学習・記憶機能がある。その学習・記憶機能を探究するため。タネつかみ運動記憶学習過程において、消失あるいは安定化(増大化)するという全く正反対の運命をもつ2種類の棘突起が大脳皮質運動野で新たに生じることに着目し、Umemoriらによって2021年に報告されたJAK2の活性化が棘突起の消失を、SIRPαの活性化が安定化を導くというin vitroで確認された事象が、in vivo運動記憶学習機構でも機能するかを確認する。さらに化学遺伝学的手法で神経細胞の活動の操作をし、行動変容につながるかを確認する。

Outline of Annual Research Achievements

我々が環境に順応し生きていくための重要な脳機能のひとつとして、学習・記憶機能がある。その学習・記憶機能を探究するため。タネつかみ運動記憶学習過程において、消失あるいは安定化(増大化)するという全く正反対の運命をもつ2種類の棘突起が大脳皮質運動野で新たに生じることに着目し、その詳細な機構を検討した。
運動学習課題において、運動学習段階では、M2皮質からM1皮質へのシナプス結合が新たに形成され活動的となる。記憶保持段階では、視床からのシナプス結合がその活動を引き継いで安定化することが重要なプロセスであることを見出した。すなわち、視床からの信号入力が強化され安定すると、一旦成立していたM2皮質からの入力が役目を終えて消滅するということが、この運動学習の基本的な仕組みであると考えている。運動学習の記憶学習過程において、新しくできたシナプス結合すなわち棘突起が、次の段階で、消失 vs 安定化(増大化)という全く正反対の運命にあることは興味深い。しかも、シナプス前神経終末の種類によりその運命はすでに決っている。本研究において、その運命を決める要因をミクロのレベルから検討した。
本年度は、運動学習トレーニング各日(1-8日目)に、生体脳観察解析で棘突起の動態を記録した。トレーニング1-2日目に最も多くの新生棘突起が生み出されていたが、それらの大半のライフタイムが1日程度であることを確認した。2―3割程度の新生棘突起が観察期間の最終日の8日目に観察することができたが、それらはおそらく視床からの興奮性神経終末の入力を持つと考えられる。

Research Progress Status

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

Report

(1 results)
  • 2023 Annual Research Report
  • Research Products

    (6 results)

All 2024 2023

All Presentation (6 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results,  Invited: 5 results)

  • [Presentation] 大脳皮質神経回路研究-大容量電顕画像vEM解析法による挑戦-2024

    • Author(s)
      窪田芳之、上地龍治、宮崎隆明、川口泰雄
    • Organizer
      第129回日本解剖学会学術研究集会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] Large volume EM with high-throughput imaging system - a trial study for marmoset cortex neural wiring2024

    • Author(s)
      Yoshiyuki Kubota
    • Organizer
      McGill Univ-NIPS Joint Symposium: New horizons in life science research using cutting-edge methodology
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Cortical Spine Dynamics During a Single Seed Grasp Motor Learning2024

    • Author(s)
      Yoshiyuki Kubota
    • Organizer
      Winter Conference on Brain Resea
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] A large volume EM data set and microcircuit analysis of neocortex2023

    • Author(s)
      Yoshiyuki Kubota
    • Organizer
      FAOPS2023
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 高スループット画像取得が可能な透過型電子顕微鏡による巨大ボリュームイメージング2023

    • Author(s)
      宮崎 隆明, カミジ ニュートン, 窪田 芳之
    • Organizer
      第46回日本神経科学大会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] 光電子相関観察法による運動学習時の大脳皮質一次運動野の神経回路変化解析2023

    • Author(s)
      窪田芳之
    • Organizer
      日本顕微鏡学会第 79 回学術講演会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Invited

URL: 

Published: 2023-04-13   Modified: 2024-12-25  

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