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運動指令のトップダウン形成とボトムアップ形成を担う皮質回路機構

Publicly Offered Research

Project AreaThe study on the neural dynamics for understanding communication in terms of complex hetero systems
Project/Area Number 24120715
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 InstitutionTamagawa University

Principal Investigator

礒村 宜和  玉川大学, 脳科学研究所, 教授 (00415077)

Project Period (FY) 2012-04-01 – 2014-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2013)
Budget Amount *help
¥13,000,000 (Direct Cost: ¥10,000,000、Indirect Cost: ¥3,000,000)
Fiscal Year 2013: ¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000)
Fiscal Year 2012: ¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000)
Keywords神経生理学 / ラット / 大脳皮質 / 運動野 / 神経細胞
Research Abstract

本研究では、外界刺激により誘発される外発性の運動指令の形成(ボトムアップ型)と自らのタイミングによる内発性の運動指令の形成(トップダウン型)のために、大脳皮質内の神経回路上のどの細胞からどの細胞へどのような機能的情報が流れるのかを、「外発性/内発性」運動課題を遂行するラットの運動野を対象に、傍細胞記録法による「ナノ刺激」とマルチニューロン記録法を組み合わせて追跡することを目指してきた。
平成25年度は、前年度に実施した、前肢のレバー操作による外発性/内発性運動課題を遂行中の頭部固定ラット数十頭の一次運動野および二次運動野からのマルチニューロン記録実験から得られた神経活動データを詳細に解析した。その結果、両領野とも、外発性運動発現にも内発性運動発現にも関与しているが、特に二次運動野では、外発性運動の発現時に活動が高まる細胞の割合が有意に多いことを明らかにした。また、これらの細胞の間には、相互相関図上で数ミリ秒以内の同期的発火を示す細胞ペアがおよそ数%の頻度で観察されるが、これらの同期的発火を示す細胞ペアは、細胞サブタイプの違い、課題関連性の違い、運動発現に対する機能的活動の違いに対して、(多少の差異の傾向はあるものの)ニューロン集団全体としては基本的に確率的な分布に近いものであった。すなわち、ニューロン・ペアの同期的発火は、細胞サブタイプや行動上の機能の組み合わせに高い特異性を有するものでなく、むしろもっと神経回路に一般的な性質であることが示唆された。さらに、そのような同期的発火が課題遂行とともに動的に変動するかどうかを調べたところ、ニューロン集団としてはやはり確率的な分布を示し、同期的発火の動的変動が積極的に大脳皮質の機能に関わっているとは結論できない所見を得た。
現在、これらの研究結果を詳細に整理して論文投稿を準備しているところである。

Current Status of Research Progress
Reason

25年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

25年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2013 Annual Research Report
  • 2012 Annual Research Report
  • Research Products

    (20 results)

All 2013 2012 Other

All Journal Article (8 results) (of which Peer Reviewed: 8 results) Presentation (6 results) (of which Invited: 4 results) Book (1 results) Remarks (4 results) Patent(Industrial Property Rights) (1 results)

  • [Journal Article] The synchronous activity of lateral habenular neurons is essential for regulating hippocampal theta oscillation2013

    • Author(s)
      Hidenori Aizawa, Shin Yanagihara, Megumi Kobayashi, Kazue Niisato, Takashi Takekawa, Rie Harukuni, Thomas J. McHugh, Tomoki Fukai, Yoshikazu Isomura, Hitoshi Okamoto
    • Journal Title

      J. Neurosci.

      Volume: 33 Issue: 20 Pages: 8909

    • DOI

      10.1523/jneurosci.4369-12.2013

    • Related Report
      2013 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Reward-modulated motor information in identified striatum neurons.2013

    • Author(s)
      Yoshikazu Isomura, Takashi Takekawa, Rie Harukuni, Takashi Handa, Hidenori Aizawa, Masahiko Takada, and Tomoki Fukai
    • Journal Title

      J. Neurosci.

      Volume: 33 Issue: 25 Pages: 10209-10220

    • DOI

      10.1523/jneurosci.0381-13.2013

    • Related Report
      2013 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] A θ-γ Oscillation Code for Neuronal Coordination during Motor Behavior.2013

    • Author(s)
      Jun Igarashi, Yoshikazu Isomura, Kensuke Arai, Rie Harukuni, Tomoki Fukai
    • Journal Title

      J. Neurosci.

      Volume: 33 Issue: 47 Pages: 18515-18530

    • DOI

      10.1523/jneurosci.2126-13.2013

    • Related Report
      2013 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Long-lasting single-neuron labeling by in vivo electrop oration without microscopic guidance2013

    • Author(s)
      Kei Oyama, Shinya Ohara, Sho Satoa, Fuyuki Karube, Fumino Fujiyama, Yoshikazu Isomura, Hajime Mushiake, Toshio Iijima, Ken-Ichiro Tsutsui
    • Journal Title

      Journal of Neuroscience Methods

      Volume: 218 Issue: 2 Pages: 139-147

    • DOI

      10.1016/j.jneumeth.2013.06.004

    • Related Report
      2013 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Neural dynamics and information representation in microcircuits of motor cortex.2013

    • Author(s)
      Yasuhiro Tsubo, Yoshikazu Isomura, Tomoki Fukai
    • Journal Title

      Frontiers in Neural Circuits

      Volume: 7 Pages: 1-10

    • DOI

      10.3389/fncir.2013.00085

    • Related Report
      2013 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Spatiotemporal dynamics of functional clusters of neurons in the mouse motor cortex during a voluntary movement2013

    • Author(s)
      Hira R, Okubo F, Ozawa K, Isomura Y, KHamura K, Kano M, Kasai H, Matsuzaki M
    • Journal Title

      Journal of Neuroscience

      Volume: 33 Issue: 4 Pages: 1377

    • DOI

      10.1523/jneurosci.2550-12.2013

    • Related Report
      2012 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Power-law inter-spike interval distributions infer a conditional maximization of entropy in cortical neurons2012

    • Author(s)
      Tsubo Y, et al
    • Journal Title

      PLoS Comput.Biol.

      Volume: 8 Issue: 4 Pages: e1002461-e1002461

    • DOI

      10.1371/journal.pcbi.1002461

    • Related Report
      2012 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Reinforcing operandum: rapid andreliable learning of skilled forelimbmovements by head-fixed rodents2012

    • Author(s)
      Kimura R, et al. Sakai Y
    • Journal Title

      Journal of Neurophysiology

      Volume: vol.108 Issue: 6 Pages: 1781-1792

    • DOI

      10.1152/jn.00356.2012

    • Related Report
      2012 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Reward-modulated motor information in dorsolateral striatum neurons.2013

    • Author(s)
      Isomura Y
    • Organizer
      Dynamic Brain Forum (DBF) 2013, The 4th International Conference on Cognitive Neurodynamics
    • Place of Presentation
      Sigtuna, Sweden
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] Cooperative multineuronal spike activities related to externally- and internally-initiated movements in rat primary and secondary motor cortices.2013

    • Author(s)
      Kimura R, Saiki A, Fujiwara-Tsukamoto Y, Sakai Y & Isomura Y
    • Organizer
      Neuro2013, The 36th Annual Meeting of the Japan Neuroscience Society
    • Place of Presentation
      国立京都国際会館(京都府京都市)
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] Diversity and synchrony of multineuronal spike activities in rat primary and secondary motor cortices during externally- and internally-initiated movements.2012

    • Author(s)
      Kimura R et al.
    • Organizer
      The 42nd Society for Neuroscience annual meeting
    • Place of Presentation
      New Orleans, USA
    • Year and Date
      2012-11-14
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] Intracortical mechanism of voluntary movements in the rat.2012

    • Author(s)
      Isomura Y
    • Organizer
      International Conference of Physiological Sciences 2012
    • Place of Presentation
      Suzhou, China
    • Year and Date
      2012-11-03
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] Ensemble coding for voluntary movements in rat primary and secondary motor cortices.2012

    • Author(s)
      Isomura Y
    • Organizer
      Dynamic Brain Forum (DBF) 2012
    • Place of Presentation
      Carmona, Spain
    • Year and Date
      2012-09-06
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] ラットの運動発現の皮質回路機構.

    • Author(s)
      礒村 宜和
    • Organizer
      東京都医学研究機構プロジェクトセミナー
    • Place of Presentation
      東京都医学研究機構(東京都世田谷区)
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
    • Invited
  • [Book] ブレインサイエンス・レビュー20132013

    • Author(s)
      礒村宜和
    • Publisher
      クバプロ
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Remarks] 玉川大学脳科学研究所礒村研究室

    • URL

      http://www.tamagawa.ac.jp/teachers/isomura/index.html

    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Remarks] Researchmap

    • URL

      http://researchmap.jp/yoshikazuisomura/

    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Remarks] 礒村研究室ホームページ

    • URL

      http://www.tamagawa.ac.jp/teachers/isomura/index.html

    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Remarks] ReadResearchmap

    • URL

      http://researchmap.jp/yoshikazuisomura/

    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Patent(Industrial Property Rights)] 動物学習支援装置、及び動物学習支援機能付き飼育ケージ2013

    • Inventor(s)
      礒村 宜和
    • Industrial Property Rights Holder
      礒村 宜和
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Filing Date
      2013-09-30
    • Related Report
      2013 Annual Research Report

URL: 

Published: 2013-05-15   Modified: 2019-07-29  

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