2017 Fiscal Year Annual Research Report
Dynamic circuit shift during functional recovery from brain and/or spinal cord injury
| Project Area | Mechanisms underlying the functional shift of brain neural circuitry for behavioral adaptation |
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| Project/Area Number |
26112008
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
伊佐 正 京都大学, 医学研究科, 教授 (20212805)
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| Project Period (FY) |
2014-07-10 – 2019-03-31
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| Keywords | 大規模回路 / 脊髄損傷 / 機能回復 / 把持運動 / デコーディング / 運動野 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
頚髄の部分損傷後の運動機能回復メカニズムを解明するために、ECoG電極を用いて記録した損傷前後の両側の運動前野、一次運動野、一次体性感覚野の活動と、15種類の手指の筋肉の筋活動と脳活動との関連についての解析を進めた。
解析の結果、損傷と反対側の運動前野から一次運動野への神経回路と、損傷と反対側の運動前野から損傷と同側の運動前野への神経回路において可塑的変化が示された。損傷と反対側の運動前野から一次運動野への神経回路では、損傷直後においてhigh-γ帯域でのconnectivityが強くなり、巧緻運動機能が回復するにつれconnectivityが弱くなっていき、巧緻運動機能が十分に回復すると、connectivityは損傷前と同程度になった。一方、損傷と反対側の運動前野から損傷と同側の運動前野への神経回路では、損傷直後から十分に機能が回復する過程において、α帯域でのconnectivityが徐々に強くなっていくことが示された。また、これらの脳活動が損傷側の手指の筋活動に関する情報を有しているかどうかをdecodingしたところ、高い相関係数を示し、筋活動を推定できることが明らかになった。以上の結果から、損傷後の運動機能回復過程では、損傷と反対側の脳活動だけではなく、反対側の運動前野から同側の運動前野への活動が深く関連していることが示唆された。
両側の運動前野を結ぶ経路が回復に重要であるという結果を得た。ウイルスベクター二重感染法を用いてその回路を機能遮断して回復に与える影響を明らかにするために、まずラットを使用し、大脳皮質間での遺伝子発現効率が高くなるウイルスベクターの組み合わせを調べた。その結果、逆行性としてはAAV2-retro、順行性ではAAV-DJが最も有効であることが示された。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
ECoG電極で記録された大規模データを基に、脊髄損傷からの機能回復過程において、複数の脳領域・半球間をまたいだ脳領域間の情報の詳細な流れや、connectivityが回復時期によって変化することを明らかにすることができた。また、ウイルスベクター二重感染法において、左右の大脳半球間をまたぐ経路で遺伝子発現効率が高いウイルスの組み合わせを導き出し、機能回復における脳内の特定回路の機能を解析できるようになった。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでの損傷モデルでは、機能回復が始まるとすぐにある程度まで回復していた。今後は損傷の大きさを大きくすることで、回復過程及び回復に関わる神経機序がどのように変化するかを調べる。さらに、ラット用いた先行実験から得られた遺伝子発現効率の高いウイルスベクターの組み合わせを、ニホンザルに導入し、大脳半球間を結ぶ経路の機能を調べる。また、ECoG電極で記録された大規模データの解析法や新たなウイルスベクターの組み合わせを、一次視覚野損傷後の機能回復過程にも適用し、視覚機能過程も明らかにしていきたい。
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Research Products
(7 results)
