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2021 Fiscal Year Annual Research Report

Elucidation of the hyper-adaptation mechanism by reconstruction of bio-structure and challenges for prevention of decline in latent adaptive capacity

Planned Research

Project AreaHyper-adaptability for overcoming body-brain dysfunction: Integrated empirical and system theoretical approaches
Project/Area Number 19H05723
Research InstitutionKyoto University

Principal Investigator

伊佐 正  京都大学, 医学研究科, 教授 (20212805)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 内藤 栄一  国立研究開発法人情報通信研究機構, 未来ICT研究所脳情報通信融合研究センター, 室長 (10283293)
浅田 稔  大阪大学, 先導的学際研究機構, 特任教授 (60151031)
相澤 秀紀  広島大学, 医系科学研究科(医), 教授 (80391837)
Project Period (FY) 2019-06-28 – 2024-03-31
Keywords機能回復 / 脱抑制 / fMRI / モノアミン / 高齢者
Outline of Annual Research Achievements

A01班では、主に超適応機構の「生体構造の再構成」の観点から、大規模脳領域での脱抑制が生体構造の再構成による超適応機構の基盤であるという仮説を、班員それぞれの研究を融合・発展させて検証することをmのⅸ敵とした。伊佐らは、ニホンザルにおいて頚髄C4/C5髄節で皮質脊髄路を切断すると、サルの手指の精密把持運動は一旦障害されるが訓練によって数週間で回復する実験モデルを用い、この同側運動野の活動の増加が反対側PMから同側PMへの投射経路によってもたらされることを証明するため、この経路の選択的遮断を試みたところ、反対側から同側へのGCが一方向性に減弱することから半球間投射経路の遮断ができていることを確認した。そして頸髄損傷前はこの経路の遮断は精密時把持運動に影響を与えなかったが、損傷後の回復初期に遮断すると回復してきていた精密把持運動が再度障害された。以上の結果から反対側PMから同側PMへの信号の流れが、回復初期における同側運動野の貢献に重要な役割を果たすことが証明された。内藤と浅田らは、機能的MRIを用いて、ヒト運動野の半球間抑制機構の理解を促進した。具体的には、健常若年成人において、片足のみの運動実行時には顕著な半球間抑制が観察できなかったが、片足の運動感覚情報処理時には顕著な半球間抑制がみられることを突き止めた(Naito et al. Brain Science 2021)。一方で、加齢により劣化した半球間抑制機構はコーディネーショントレーニングにより改善でき、これが運動の改善にもつながることを示した。相澤は、マウス大脳皮質M2領域の半球間抑制を薬理学的に調べ、GABAB受容体作動薬・阻害薬が半球間抑制をそれぞれ増強・減弱させること、一方でアセチルコリン受容体阻害薬は半球間抑制を亢進させる作用を示した。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

伊佐らは、ウイルスベクターを用いてサルの半球間経路を選択的に抑制する手法を開発し、脊髄損傷前後の段階特異的に、半球間経路が果たす役割を明確にしつつある。内内藤と浅田も加齢により劣化した半球間抑制機構をコーディネーショントレーニングにより改善する手法を開発しつつあり。そして内容はマウスモデルで半球間抑制の修飾因子を探索し、アセチルコリンの関与を明らかにしつつある。このようにいずれの構成員もたがいに連携して、興味深い知見を得つつある。

Strategy for Future Research Activity

伊佐グループは脊髄損傷後の回復の初期において、損傷反対側運動前野から同側運動前野への半球間経路の果たす役割を選択的経路遮断法によって実証する。
内藤・浅田グループは、これまでに運動野の半球間抑制機構の理解を促進し、加齢により劣化した抑制機構はトレーニングによって改善できることを示した。次年度は、手指複雑運動時にみられる同側運動野の脱抑制様式に関して、若年成人と高齢者との相違を明らかにし、また、両足が不自由な車椅子レースのトップパラリンピアンの脳でみられる超適応現象をまとめ、これらの成果を発表する予定である。
相澤グループは、これまでに半球間抑制のマウス実験系を確立し、その修飾物質の同定を進めてきた。次年度は、光遺伝学および電気生理学を用いて広汎修飾系として知られるモノアミン系や適応時に脳以外の臓器から放出されるホルモンが半球間抑制に与える影響を明らかにする予定である。

  • Research Products

    (21 results)

All 2022 2021 Other

All Int'l Joint Research (4 results) Journal Article (14 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results,  Peer Reviewed: 14 results,  Open Access: 8 results) Remarks (3 results)

  • [Int'l Joint Research] リューベンカトリック大学(ベルギー)

    • Country Name
      BELGIUM
    • Counterpart Institution
      リューベンカトリック大学
  • [Int'l Joint Research] チュラロンコン大学(タイ)

    • Country Name
      THAILAND
    • Counterpart Institution
      チュラロンコン大学
  • [Int'l Joint Research] カロリンスカ医科大学(スウェーデン)

    • Country Name
      SWEDEN
    • Counterpart Institution
      カロリンスカ医科大学
  • [Int'l Joint Research] クイーンズランド大学(オーストラリア)

    • Country Name
      AUSTRALIA
    • Counterpart Institution
      クイーンズランド大学
  • [Journal Article] A multisynaptic pathway from the ventral midbrain toward spinal motoneurons in monkeys2022

    • Author(s)
      Suzuki Michiaki、Inoue Ken‐ichi、Nakagawa Hiroshi、Ishida Hiroaki、Kobayashi Kenta、Isa Tadashi、Takada Masahiko、Nishimura Yukio
    • Journal Title

      The Journal of Physiology

      Volume: 600 Pages: 1731~1752

    • DOI

      10.1113/JP282429

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Amygdala Underlies the Environment Dependency of Defense Responses Induced via Superior Colliculus2022

    • Author(s)
      Isa Kaoru、Tokuoka Kota、Ikeda Sakura、Karimi Sara、Kobayashi Kenta、Sooksawate Thongchai、Isa Tadashi
    • Journal Title

      Frontiers in Neural Circuits

      Volume: 15 Pages: 768647

    • DOI

      10.3389/fncir.2021.768647

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Double viral vector intersectional approaches for pathway-selective manipulation of motor functions and compensatory mechanisms2022

    • Author(s)
      Isa Tadashi
    • Journal Title

      Experimental Neurology

      Volume: 349 Pages: 113959~113959

    • DOI

      10.1016/j.expneurol.2021.113959

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Effects of Light Isoflurane Anesthesia on Organization of Direction and Orientation Selectivity in the Superficial Layer of the Mouse Superior Colliculus2021

    • Author(s)
      Kasai Masatoshi、Isa Tadashi
    • Journal Title

      The Journal of Neuroscience

      Volume: 42 Pages: 619~630

    • DOI

      10.1523/JNEUROSCI.1196-21.2021

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Visual instrumental learning in blindsight monkeys2021

    • Author(s)
      Kato Rikako、Zeghbib Abdelhafid、Redgrave Peter、Isa Tadashi
    • Journal Title

      Scientific Reports

      Volume: 11 Pages: 14819

    • DOI

      10.1038/s41598-021-94192-7

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Divergent Whole Brain Projections from the Ventral Midbrain in Macaques2021

    • Author(s)
      Zubair Muhammad、Murris Sjoerd R、Isa Kaoru、Onoe Hirotaka、Koshimizu Yoshinori、Kobayashi Kenta、Vanduffel Wim、Isa Tadashi
    • Journal Title

      Cerebral Cortex

      Volume: 31 Pages: 2913~2931

    • DOI

      10.1093/cercor/bhaa399

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] The posterior parietal cortex contributes to visuomotor processing for saccades in blindsight macaques2021

    • Author(s)
      Kato Rikako、Hayashi Takuya、Onoe Kayo、Yoshida Masatoshi、Tsukada Hideo、Onoe Hirotaka、Isa Tadashi、Ikeda Takuro
    • Journal Title

      Communications Biology

      Volume: 4 Pages: 278

    • DOI

      10.1038/s42003-021-01804-z

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Contribution of the Pulvinar and Lateral Geniculate Nucleus to the Control of Visually Guided Saccades in Blindsight Monkeys2021

    • Author(s)
      Takakuwa Norihiro、Isa Kaoru、Onoe Hirotaka、Takahashi Jun、Isa Tadashi
    • Journal Title

      The Journal of Neuroscience

      Volume: 41 Pages: 1755~1768

    • DOI

      10.1523/JNEUROSCI.2293-20.2020

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Neural Mechanism of Blindsight in a Macaque Model2021

    • Author(s)
      Isa Tadashi、Yoshida Masatoshi
    • Journal Title

      Neuroscience

      Volume: 469 Pages: 138~161

    • DOI

      10.1016/j.neuroscience.2021.06.022

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] The tectum/superior colliculus as the vertebrate solution for spatial sensory integration and action2021

    • Author(s)
      Isa Tadashi、Marquez-Legorreta Emmanuel、Grillner Sten、Scott Ethan K.
    • Journal Title

      Current Biology

      Volume: 31 Pages: R741~R762

    • DOI

      10.1016/j.cub.2021.04.001

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Existence of Interhemispheric Inhibition between Foot Sections of Human Primary Motor Cortices: Evidence from Negative Blood Oxygenation-Level Dependent Signal2021

    • Author(s)
      Naito Eiichi、Morita Tomoyo、Kimura Nodoka、Asada Minoru
    • Journal Title

      Brain Sciences

      Volume: 11 Pages: 1099~1099

    • DOI

      10.3390/brainsci11081099

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Bimanual digit training improves right-hand dexterity in older adults by reactivating declined ipsilateral motor-cortical inhibition2021

    • Author(s)
      Naito Eiichi、Morita Tomoyo、Hirose Satoshi、Kimura Nodoka、Okamoto Hideya、Kamimukai Chikako、Asada Minoru
    • Journal Title

      Scientific Reports

      Volume: 11 Pages: 22696

    • DOI

      10.1038/s41598-021-02173-7

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Electrophysiological and pharmacological characterization of spreading depolarization in the adult zebrafish tectum2021

    • Author(s)
      Terai Haruhi、Gwedela Mayeso Naomi Victoria、Kawakami Koichi、Aizawa Hidenori
    • Journal Title

      Journal of Neurophysiology

      Volume: 126 Pages: 1934~1942

    • DOI

      10.1152/jn.00343.2021

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] A Novel Microcontroller-Based System for the Wheel-Running Activity in Mice2021

    • Author(s)
      Zhu Meina、Kasaragod Deepa Kamath、Kikutani Kazuya、Taguchi Kei、Aizawa Hidenori
    • Journal Title

      eneuro

      Volume: 8 Pages: 0260

    • DOI

      10.1523/ENEURO.0260-21.2021

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Remarks] 京都大学大学院医学研究科 高次脳科学講座 神経生物学分野

    • URL

      https://nscinbiol.med.kyoto-u.ac.jp/

  • [Remarks] 脳情報通信融合研究センター 内藤栄一

    • URL

      https://cinet.jp/japanese/people/2014899/

  • [Remarks] 広島大学神経生物学研究室へようこそ

    • URL

      https://neurobio.hiroshima-u.ac.jp/ja/

URL: 

Published: 2023-12-25  

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