2016 Fiscal Year Annual Research Report
セントラルコマンド発現機構の探索－大脳辺縁系皮質から筋血管に至る神経回路の同定
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15H03061
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| Research Institution | Hiroshima University |
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Principal Investigator |
松川 寛二 広島大学, 医歯薬保健学研究院(保), 教授 (90165788)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
丹 信介 山口大学, 教育学部, 教授 (00179920)
小峰 秀彦 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 自動車ヒューマンファクター研究センター, 研究チーム長 (10392614)
定本 朋子 日本女子体育大学, 体育学部, 教授 (30201528)
長尾 正崇 広島大学, 医歯薬保健学研究院(医), 教授 (80227991)
相澤 秀紀 広島大学, 医歯薬保健学研究院(医), 教授 (80391837)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 随意運動 / 運動の精神イメージ / 筋交感コリン作動性神経と筋血流量 / セントラルコマンドの発現 / 中枢神経機構 / 近赤外分光法（NIRS） / 大脳皮質脳活動の計測 / リハビリテーション |
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| Outline of Annual Research Achievements |
I) 動物を用いた研究：
大脳皮質辺縁系は脳幹－特に中脳腹側被蓋野(VTA)－にある神経回路を駆動しセントラルコマンド(CC)を発現するという仮説を検証するために、ラット大脳皮質前頭前野や島皮質の電気刺激または化学刺激に対するVTA組織血流量応答を調べた。VTA血流量は皮質刺激により増加しVTA神経細胞は各皮質領域から促通を受けることが示唆された。次にラットをトレッドミル歩行・安静の2群に分け行動後に屠殺し細胞興奮の指標であるc-Fos蛋白の陽性細胞数を調べた。VTAのc-Fos陽性細胞数は安静群よりも歩行群で多くVTA神経細胞は歩行時に興奮することが示唆された。
II) ヒトを用いた研究：
1. コリン作動性交感神経支配： 脚運動のみならず、腕回転運動やその精神イメージ時に高次中枢から下降するセントラルコマンドは筋血管拡張を起こし、それはムスカリン受容体遮断で減少した。上肢筋においても中枢性血管拡張に交感神経コリン作動性線維が関係することが示唆された。昨年度に続いて、解剖遺体の筋肉試料を用いてコリン作動性線維による筋血管支配を調べたがpositiveな免疫組織化学的な染色像を得ることが出来ていない。
2. CC神経回路の探索： 前頭前野の酸素化ヘモグロビン濃度(Oxy-Hb)が運動に先行して増えることを報告した。今回、前頭前野応答が呼吸変化に伴う血中CO2濃度とは関連しないことを明らかにした。次に、NIRSを用いて前頭葉から頭頂葉に至る皮質表層部のOxy-Hb動態を計測した。前頭前野Oxy-Hbは運動に先行して増え運動開始後に減少した。頭頂葉に在る運動関連領域では運動前のOxy-Hb応答は観察されずOxy-Hbは運動開始後に増加したので、CCの発生に前頭前野が関ることが示唆された。NIRSでは計測できない皮質深層部や脳幹の活動に関して系統的なf-MRI実験を実施出来ていない。
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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
I) 動物を用いた研究：
大脳皮質前頭前野・島皮質から中脳腹側被蓋野(VTA)に至る神経回路を、VTA組織血流量の記録を用いて、生理学的に同定した。またVTA刺激が自律神経系や循環系に及ぼす影響については、我々が既に報告した。自発歩行時にVTAのc-Fos陽性細胞を観察したことから、VTA神経細胞は歩行時に興奮すると思われる。以上の結果は我々の作業仮説を支持しており、動物を用いた研究は順調に進展している。
II) ヒトを用いた研究：
下肢サイクリング運動のみならず、上肢クランキング運動においても、中枢性血管拡張に交感神経コリン作動性線維が関係することを明らかにした。セントラルコマンド(CC)がコリン作動性交感神経を賦活させ筋血管拡張を起こすというメカニズムは、全身性にみられる共通機序であると思われる。次に、CC神経回路を探索するため、NIRSを用いて前頭葉から頭頂葉に至る皮質表層部において酸化ヘモグロビン濃度(Oxy-Hb)を随意運動中に計測した。前頭前野Oxy-Hbは運動に先行して増え運動開始後に減少した。頭頂葉に在る運動関連領域では運動前のOxy-Hb応答は観察されずOxy-Hbは運動開始後に増加した。従って、CCの発生に前頭前野が主に関ることが示唆された。以上の結果は我々の作業仮説を支持しており、ヒトを用いた研究も順調に進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
I) 動物を用いた研究：
大脳皮質辺縁系から脳幹[特に中脳腹側被蓋野(VTA)]に至る神経回路そしてVTAから自律神経系に至る神経回路を生理学的ならびに解剖学的に同定したい。歩行運動時にみられるc-Fos陽性細胞の脳幹内分布や密度に関して詳細な検討を行いたい。
II) ヒトを用いた研究：
解剖遺体の筋肉試料を用いてコリン作動性線維による筋血管支配を調べた。しかしpositiveな免疫組織化学的な染色像を得ることが出来ていないので、アセチルコリン受容体やトランスポーターに関する様々な新規抗体を用いて免疫組織染色を試みたい。随意運動時にみられる大脳皮質深層部や脳幹の活動に関して系統的なf-MRI実験を実施出来ていないので、小峰研究分担者の施設と一層相談しながら研究を進捗させたい。
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