2018 Fiscal Year Annual Research Report
感性・意欲・情動系神経ネットワークを駆動する運動プライミングの神経基盤の解明
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17H01810
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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, 情報・人間工学領域, 上級主任研究員 (90357351)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
梶原 利一 明治大学, 理工学部, 専任准教授 (60356772)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 運動学習 / リハビリテーション / ドーパミン / アセチルコリン / ニューロモジュレーション |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題は、運動学習時に感性・意欲・情動系神経ネットワークを駆動する脳への操作が、運動学習や運動機能回復に有効に作用することを証明し、ドーパミン系やコリン系の賦活化が、運動学習中の運動野皮質の活動性をどのようにモジュレートするのかを明らかにすることを目的とする。本年度はパーキンソン病モデルラットを作成し、水平ラダー歩行課題を行わせ、動物がステップを踏み外す回数等の運動パフォーマンスをビデオ解析した。解析の結果、運動障害が発生した側の前肢において歩行時のラダーグリップが不安定であることが確認された。水平ラダー歩行学習課題遂行中のラット腹側被蓋野に電気刺激を行った際にグリップ動作に改善が見られるかの検証実験を開始した。次に、麻酔下動物においてマイネルト基底核をターゲットとする電気刺激を行い、その直後、前肢への感覚刺激によって感覚運動野皮質に惹起される神経活動の膜電位イメージングを行った。実験の結果、マイネルト基底核の賦活化は、感覚運動野皮質における感覚応答を抑制し、感覚情報表現をフォーカルにしている可能性が見いだされた。前頭葉皮質の経頭蓋電気刺激による脳深部核のリモートアクティベーションの可能性を調べる実験では、経頭蓋電極の直下では徐々に神経活動が高まる長期増強現象が生じることが示せたが、直流電気刺激を与えた脳部位と神経結合を持つ周辺皮質領域にまではその効果が及ばないことが明らかになった。また、嗅覚刺激を用いる実験系では、嗅覚皮質の賦活化が一過性の乳酸産生を促進する現象の計測を行った。昨年度に開発した、酵素センサを組み込んだマイクロ流路デバイスを改良し、本年度は、辺縁系皮質を含む脳スライス標本が産生する乳酸シグナルについて、乳酸トランスポーター阻害薬を与えた際の乳酸変化やそれに付随するニューロン活動変化の解析を行った。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
ドーパミン系(腹側被蓋野賦活化)とアセチルコリン系(マイネルト基底核賦活化)の脳深部刺激、ならびに、経頭蓋電気刺激と、現状有効と想定される脳への介入操作を試み、それぞれの実験で新しい発見や知見が得られている。最終年度は、データの蓄積を続けながら、解析結果の成果発信につなげる。行動実験の解析系での課題克服、プログラム開発に時間を要したため研究計画はやや遅れているが、現在は行動画像の解析も順調に進んでいる。
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| Strategy for Future Research Activity |
現在までに得られた知見を利用して、運動学習中の腹側被蓋野ならびにマイネルト基底核への電気刺激条件と学習効果の検証を進める。経頭蓋電気刺激による脳深部核のリモートアクティベーションの可能性が低いというのは予想外の結果であったが、電極配置などを工夫し再検証を行う。また、さまざまな脳操作を併用した場合の相乗効果についても検証を進める。嗅覚系の賦活化実験については、脳スライス標本を用いた乳酸シグナル解析に加え、単離脳標本での機能的神経投射の解析を加速する。一方、ヒトでの嗅覚運動プライミングの検証実験については、実験審査の基準変更により一部実施が難しくなったため、経頭蓋電気刺激を併用しないプロトコルもしくは動物実験での評価に切り替える。
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