2015 Fiscal Year Research-status Report
運動学習における腹側被蓋野の役割解明と同領域の賦活化による運動機能調節の試み
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15K12780
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| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
高島 一郎 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 人間情報研究部門, 研究グループ長 (90357351)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 腹側被蓋野 / 一次運動野 / 膜電位イメージング / 筋活動 / 運動学習 / 電気刺激 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題は、腹側被蓋野と一次運動野の活動相関を調べ、運動学習中の腹側被蓋野に適切なタイミングで電気刺激を行う介入操作により、学習効果に改善が見られるかどうかを検証することを目的とする。本研究アプローチでは、腹側被蓋野と一次運動野の活動相関・活動タイミングを明らかにすることが極めて重要な鍵となる。そこで本年度は、麻酔下動物を用い、腹側被蓋野と一次運動野の賦活化のタイミングによって、筋活動を生じさせる一次運動野皮質の脳神経活動がどのように調節されるのかについての解析を試みた。実験ではラットを用い、一次運動野皮質を露出後、皮質神経活動の膜電位イメージングを試みた。刺激電極を腹側被蓋野および一次運動野５層に留置し、両部位間の賦活化タイミングを電気刺激により 0～350ms の時間ウィンドウで制御した。この結果、腹側被蓋野の活動が 30-50ms 先行する時は一次運動野皮質の活動を抑制、一方、100-350ms 先行するときは促進することが明らかとなった。光シグナルの解析では、イメージング画像の全画素に対し、刺激時間間隔のタイムシフト操作を行ってフレーム間差分を行うことで、光シグナルの振幅値および応答時間幅の比較解析処理を行った。今回の結果から、先行する腹側被蓋野の賦活化タイミングが、運動開始に係る一次運動野皮質の活動より概ね100ms以内か以降かにより、その効果が異なる可能性が示唆された。この結果から、運動学習においては一次運動野皮質活動の促進だけでなく、その学習ステージに依存し、皮質活動の抑制が求められる状況があり得るのではないかと推測された。今後、現在までに得られた知見に基づき、運動学習中の腹側被蓋野への電気刺激タイミングの条件を検証する。
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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
本研究課題遂行の鍵となる「腹側被蓋野と一次運動野の活動タイミング」に関し、本年度は膜電位イメージング手法を用いた解析を進め、新しい知見を得ることができた。両脳部位の賦活化タイミングにより、促進／抑制の相反する影響を生じさせるタイミング・ウィンドウの条件が明らかになった。得られた条件を、次年度以降、腹側被蓋野の電気刺激実験のパラメータに組み入れる。また、脳損傷モデル動物作成の予備実験と、タスクトレーニング装置の改良設計を開始しており、研究計画は順調に進展していると評価できる。
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| Strategy for Future Research Activity |
運動野損傷モデル動物を作製し、リーチングによるエサ取り運動学習課題を行わせる。また、より簡便なシリンダーテストも併用して実験を進め、腹側被蓋野電気刺激の効果検証を進める。ラット前肢運動に関する領域には、運動野皮質内でセパレートした２領域（RFA,CFA）が存在するため、脳損傷についてもそれぞれの領域を破壊したモデル動物を作成して比較検討を行う。一方、動物の腹側被蓋野には記録兼刺激用の電極を留置し、ニューロン活動の記録と電気刺激を試み、行動実験結果とリンクさせて解析を行う
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| Causes of Carryover |
当初、運動学習課題に利用する一般的な実験ケージの購入を計画していた。しかし、運動学習中に与える電気刺激のパラメータを決定する予備実験において、予想以上に実験データの収集と解析が進んだことから、実験用ケージの仕様を確定する作業を中断し、論文の執筆投稿を優先させた。実際、予備実験で得られた知見に基づき、運動学習用の実験ケージの設計仕様に反映すべき要素が明らかになったことから、実験ケージについては次年度、汎用品でなく特注品として試作・導入し、行動実験を加速することにした。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
初年度、仕様確定できず導入できなかった運動学習課題用実験ケージの購入に充てる計画である。
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Research Products
(2 results)
