学習の成立過程における大脳皮質-大脳基底核連関の可塑的神経機構

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15029264
• Research Institution: Tokyo Metropolitan Organization for Medical Research
• Principal Investigator: 高田 昌彦 (財)東京都医学研究機構, 東京都神経科学総合研究所, 副参事研究員 (00236233)
• Keywords: 超音波ドプラー法 / 脳血流 / 脳機能イメージング / 大脳皮質 / 運動関連領野 / 前頭前野 / 大脳基底核 / 学習

Research Abstract

前頭葉に分布する運動関連領野や前頭前野は、大脳基底核との間で大脳皮質-大脳基底核ループを形成しており、このようなループ回路は運動制御だけでなく運動学習や認知行動のさまざまな局面に深く関与している。しかし、運動課題や認知課題の学習過程における大脳皮質や大脳基底核の活動変化を実際に調べた研究はこれまでほとんどない。また、従来の電気生理学的手法では、学習過程における神経活動の経時的変化を定量的に追跡することはきわめて困難である。そこで、本研究では研究代表者らが最近開発した経脳硬膜超音波ドプラー法を用いて、学習の成立過程における大脳皮質-大脳基底核連関の可塑的神経機構を明らかにしたい。本研究の特徴は、超音波画像をとおしてモニターした脳血流、特に血流速度の変化を神経活動の変化として捉え、学習に関連した脳の機能的イメージングを行うことである。研究代表者らは、経脳硬膜超音波ドプラー法を用いた脳機能イメージングの手法を確立し、両手のボタン押し課題を遂行中のサルで、運動関連領野の血行動態を描出するとともに、このような運動課題の学習過程における運動関連領野の活動変化を経時的に観察することに成功した。今後は、以下の3つのテーマを中心に研究を進める予定である。(1)超音波ドプラー法により描出された連続画像の三次元再構築を試みる。(2)共同開発を担当しているGE横河メディカルシステムにより開発された高周波数のアクティブマトリックスアレイプローブを使用し、大脳皮質に比べて深部に位置するため、従来のアプローチでは測定が困難であった大脳基底核の機能的イメージングを実現する。(3)両手のボタン押し課題以外に、運動課題として到達運動課題や順序運動課題を、また、認知課題としてGo-Nogo課題や時間再生課題を学習中のサルで、前頭葉皮質や大脳基底核の血流変化を測定し、課題に関連した神経活動の変化を解析する。

Research Products

• [Publications] Akazawa T, Takada M, Nambu A: "Activity and distribution patterns of monkey pallidal neurons in response to peripheral nerve stimulation."Neurosci Lett. 399. 161-165 (2003)
• [Publications] Hatanaka N, Tokuno H, Hamada I, Inase M, Ito Y, Imanishi M, Hasegawa N, Akazawa T, Nambu A, Takada M: "Thalamocortical and intracortical connections of monkey cingulate motor areas."J Comp Neurol. 462. 121-138 (2003)
• [Publications] Fujiwara-Tsukamoto Y, Isomura Y, Nambu A, Takada M: "Excitatory GABA input directly drives seizure-like rhythmic synchronization in mature hippocampal CA1 pyramidal cells."Neuroscience. 119. 265-275 (2003)
• [Publications] Kaneda K, Imanishi M, Nambu A, Shigemoto R, Takada M: "Differential expression patterns of mGluRla in monkey nigral dopamine neurons."NeuroReport. 14. 947-950 (2003)
• [Publications] Isomura Y, Ito Y, Akazawa T, Nambu A, Takada M: "Neural coding of "attention for action" and "response selection" in primate anterior cingulate cortex."J Neurosci. 23. 8002-8012 (2003)
• [Publications] Isomura Y, Fujiwara-Tsukamoto Y, Takada M: "Glutamatergic propagation of GABAergic seizure-like afterdischarge in the hippocampus in vitro."J Neurophysiol. 90. 2746-2751 (2003)