2016 Fiscal Year Research-status Report
異なる大脳皮質錐体細胞サブタイプの線条体への投射様式
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16K07013
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| Research Institution | National Institute for Physiological Sciences |
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Principal Investigator |
大塚 岳 生理学研究所, 基盤神経科学研究領域, 助教 (10390692)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 運動学習 / 大脳皮質 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
脳の高次機能を担う大脳皮質の情報処理様式の特徴として、大脳皮質は皮質下領域や他の皮質領野に多様な出力を行っていることが挙げられる。研究代表者は、これまでに様々な投射領域に対応した錐体細胞サブネットワークを同定した。また、fast-spiking細胞が異なる錐体細胞サブタイプ間の活動を協働させる役割を担っていること示唆した。さらに、オプトジェネティクスを用いて錐体細胞サブタイプ選択的に神経活動を操作すると、サブタイプ依存的にオシレーション活動が発生することがわかった。オシレーション活動は様々な高次機能に関与していることが知られている。本研究では、錐体細胞サブタイプの大脳基底核線条体投射の運動学習による調節機構を明らかにすることを目的とした。
本年度は、回転カゴを用いた足場バーのパタン運動学習において、錐体細胞サブタイプ選択的に神経活動を光操作し錐体細胞サブタイプの機能的役割をラットを用いて検討した。子宮内電気穿孔法を用いてチャネルロドプシンやアーケロドプシンを2/3層や5層錐体細胞サブタイプ選択的に発現させ、運動学習中に一次運動野前肢領域を光操作した。その結果、錐体細胞タイプに依存して学習の形成に影響がみられた。運動学習において特定の5層錐体細胞サブタイプが重要な役割を担っていることが示唆された。また、皮質から線条体への錐体細胞サブタイプの投射様式についても検討した。線条体の投射細胞タイプを同定するために、記録後に単一細胞のRT-PCR法を用いる方法を確立した。チャネルロドプシンを発現させたラットを用いて、2/3層や5層錐体細胞サブタイプの同側線条体への投射を線条体細胞タイプ別に検討した結果、2/3層と5層錐体細胞からの投射では、線条体介在細胞のnon-FS細胞への投射に違いがみられた。
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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
平成28年度は、回転カゴを用いた足場バーのパタン学習における錐体細胞タイプの機能的役割について光操作を運動学習中に行い検討する計画を立てた。チャネルロドプシンとアーケロドプシンを用いて特定の錐体細胞タイプの神経活動を誘発・抑制させ、学習形成への影響を検討した。その結果、特定の5層錐体細胞サブタイプが重要な役割を担っていることが示唆された。また、皮質から線条体へのシナプス投射を線条体細胞タイプ別に解析するために、単一細胞でのRT-PCR法を導入しD1受容体陽性（直接路）とD2受容体陽性（間接路）投射細胞を同定する方法を確立した。チャネルロドプシンを子宮内電気穿孔法を用いて錐体細胞タイプ選択的に発現させたラットを用いてスライス標本を作製し、神経終末への光刺激を行いシナプス入力を誘発し、線条体細胞への投射様式について細胞タイプ別に解析を行った。当初の計画に従っておおむね研究は進んでいる。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成29年度は、チャネルロドプシンを子宮内電気穿孔法を用いて錐体細胞タイプ選択的に発現させたラットを用いて、2/3層錐体細胞や5層錐体細胞サブタイプからの線条体投射様式の解析を引き続き行う。また、同側と対側線条体への投射様式の違いについても線条体細胞タイプ間で比較する。さらに、回転カゴを用いたパタン学習を行った後にスライス実験を同様に行い、線条体への投射を細胞タイプ別に比較・検討する。
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| Causes of Carryover |
平成28年度は、ラットを用いた運動学習の実験を行った。スライス実験では、線条体細胞の同定を確立させる必要があったため、実際の使用額が見込み額を下回った。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
平成29年度は、運動学習を行った動物を用いてスライス実験を行う。実験に必要な相当数の動物を購入するとともに、細胞タイプの同定に必要なRT-PCRキットを随時購入する。
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