行動選択に関与する視床‐線条体インフォメーションフロー

2018 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 15K07155
• Research Institution: Fukushima Medical University
• Principal Investigator: 深掘 良二 福島県立医科大学, 医学部, 助教 (40457784)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2020-03-31
• Keywords: 線条体 / 行動選択 / 弁別学習

Outline of Annual Research Achievements

行動選択は幅広い種で観察される重要な行動様式である。応募者らは刺激に合わせて行動を選択する仕組みに関して研究を行ってきた（Fukabori, 2012; Nishizawa,2012）。この行動選択の仕組みには線条体が重要な働きをしている。線条体は主に大脳皮質と視床から情報が入力され、淡蒼球、脚内核、黒質網様部などの脳部位に出力している。本研究では視床から線条体に入力される情報に焦点を当てて研究を進めている。
これまで頭部拘束型オペラント実験装置での研究と並行して、Med Associates社製のオペラント実験装置を用いて行動選択にける視床－線条体路の役割を検討した。視床髄板内核の一つ外側中心核から線条体への投射を経路選択的に除去した時、学習した行動選択の正確さが障害されることが分かった。また、行動選択を行うための実行時間は遅延されることが分かった。さらに、この経路は行動選択のルールが変更になったときにも重要であることが分かった。外側中心核から線条体への投射経路が除去された動物では、今まで報酬をもらえていたレバーが他のレバーに変更されたときに、その行動を変えるためにより多くのトレーニングが必要であった。刺激に応じた行動選択から、場所に応じた行動選択にルールが変化した場合でも、行動を変えるためにより多くのトレーニングを必要とした。
平成30年度は頭部拘束型オペラント実験装置で使用した記録装置の不調や、部屋全体の配置換えのため予定していた実験が遂行できなかった。可能な限り研究を進めるために、記録装置を用いずに行動選択における線条体の機能を調べるために、線条体の神経活動を薬剤によって抑制し、行動選択への障害を調べた。この結果から、線条体内側部の神経活動が抑制されると、行動選択が著しく障害されることが分かった。

Current Status of Research Progress

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

Reason

頭部拘束型オペラント実験装置での実験の効率の悪さを補うために、Med Associates社製のオペラント実験装置を用いて自由行動下での行動選択実験を行った。視床髄板内核の一つ外側中心核から線条体への投射を経路選択的に除去した。これらの実験系は研究代表者が所属する研究室で開発された方法で、逆行性輸送をおこなう遺伝子導入ベクターとイムノトキシン細胞標的法を用いて行った。行動選択のパラダイムはほぼ同じであるが、視覚刺激を用いて選択するレバーを示すようになっている。行動選択が正しく行えるようになった動物の視床線条体路を除去した結果、視覚刺激に応じて正しいレバーを選択することが障害された。この障害はトレーニングを続けることによってなくなった。また、行動選択までの反応時間が遅延することが分かった。この障害はトレーニングを続けても回復することはなかった。動物に特定の場所でレバーを押すと報酬をもらえる学習をさせた後、報酬をもらえる場所を異なるところに移した場合、視床線条体路が除去された動物は行動選択を変えるまでより多くのトレーニングを必要とした。また、刺激に応じた行動選択から、場所に応じた行動選択にルールが変化するような学習についても同様の障害が確認できた。これらのことから視床の外側中心核から線条体へのインフォメーションフローは行動選択の正確さ、素早さ、柔軟性に関与していることが分かった。これらの結果は平成29年度中に公表できた（Kato, 2018、共著）。
記録装置の不調により頭部拘束型オペラント実験装置での記録実験は一時的に進められなかった。その間に情報の空間的な要素を調べるために線条体内の各領域に神経活動を抑制する薬剤を投与し、各領域が選択行動に与える影響を調べた。その結果、背内側線条体において選択行動が著しく障害されることが分かった。

Strategy for Future Research Activity

自由行動下での行動選択実験で得られた成果をもとに、情報の空間的、時間的な要素を調べるために頭部拘束型オペラント実験装置での実験を継続していく。現在、装置のほうは修理から戻ってきており、正常に動作することを確認した。
昨年度の課題であった頭部拘束型オペラント実験装置の変更点を元に戻す作業は完了しており、この装置での薬理行動実験は問題なく行えた。本年度では、本研究計画の課題を進めるとともに、副次的に得られた線条体抑制実験の成果もまとめていく。

Causes of Carryover

記録装置の不調により、一定期間実験ができなかったため。次年度では動物の購入、飼育費用、研究に使用しているソフトウェアの維持費に使用する。また学会発表の費用にも使用する。