2017 Fiscal Year Annual Research Report

Elucidation of neural mechanisms underlying somatosensory processing for motor control

Research Project

Project/Area Number	17J05310
Research Institution	National Center of Neurology and Psychiatry
Principal Investigator	窪田慎治国立研究開発法人国立精神・神経医療研究センター, 神経研究所モデル動物開発研究部, 特別研究員(PD)
Project Period (FY)	2017-04-26 – 2020-03-31
Keywords	感覚ゲーティング / シナプス前抑制 / 延髄楔状束核 / 脊髄後根神経節細胞 / 光遺伝学
Outline of Annual Research Achievements	本研究の目的は、随意運動の制御に体性感覚情報が果たす役割及び体性感覚情報処理を担う神経基盤を明らかにすることである。平成29年度は、主に実験システムのセットアップおよび実験個体であるサルの行動訓練を中心に行った。現在訓練中の個体に関しては訓練課題の学習が順調に進んでおり、今後、覚醒行動下で神経活動を記録するための外科的手術等を順次進めていく予定としている。また、上記サルの行動訓練に加えて、別個体において末梢感覚器からの求心性入力を受ける延髄楔状束核の神経活動を慢性的に記録するための実験手法の確立を行った。延髄は大脳皮質や小脳とのつながりが強い領域であり、随意運動における体性感覚情報処理の神経メカニズムを理解する上で、延髄楔状束核の神経活動を明らかにすることは必須の課題である。そこで、当初の実験計画である脊髄での神経活動の記録以外に、延髄楔状束核の神経活動の記録を目指した。具体的には、延髄楔状束核の神経活動を記録するための電極侵入方法についてMRI画像データおよびCT画像データを元に、延髄楔状束核への電極侵入位置の同定後、麻酔下の状態において電極を侵入し標的部位での神経細胞活動を記録した。結果、推定した脳座標位置付近において、末梢神経刺激に対する神経活動応答を確認することができた。今後、本手法を用いて延髄楔状束核の神経活動を記録していく予定としている。さらに、本年度は光遺伝学的手法を用いて標的とする神経細胞の活動を人為的に操作する実験手法の確立を行った。ラットを対象に、求心性感覚線維の神経核である脊髄後根神経節細胞（DRG細胞）を標的とし、光感受性タンパク分子をアデノ随伴ウイルス(AAV)ベクターを用いて発現させた後、DRG細胞への光刺激に対する神経活動応答を記録した。これまでに、遺伝子導入したDRG細胞に光刺激を行うことで、神経細胞活動を誘発できることが確認できている。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 当該年度は、当初の実験計画の通り実験対象であるサルの行動訓練を中心に行った。現在順調に訓練が進んでおり、今後、神経活動を記録するための外科的手術等を予定している。また、当初の実験計画では、頸髄を対象としていたが、運動に伴う体性感覚情報処理機構の包括的理解のためには、脊髄だけでなく、末梢感覚器からの求心性入力を受ける延髄楔状束核の神経活動を記録する必要がある。そこで、延髄楔状束核の神経活動を慢性的に記録するための実験手法の確立を行い、これまでに慢性的に脳深部の神経活動を記録できることが確認できている。さらに、光遺伝学的手法を用いた、末梢感覚器からの求心性入力に関与する脊髄後根神経節細胞（DRG細胞）の活動を人為的に捜査する手法に関しても、ラットを対象として検討を行った結果、DRG細胞への遺伝子導入方法の確立及び光刺激によりDRG細胞の活動が制御できることが確認できている。以上が本年度の状況である。当初の実験計画から一部修正を行ったものの研究計画全体は概ね順調に進展していると判断する。
Strategy for Future Research Activity	今後の本研究課題の推進方針としては、現在訓練中の個体に関しては課題が獲得され次第、外科的手術を進めていき延髄楔状束核の神経細胞活動の記録に着手する。また、延髄楔状束核は脳深部に位置し末梢感覚神経や大脳皮質からの入出力系に関しては不明な点が多いため、上記に並行して新たに別固体を用いて麻酔下において延髄楔状束核の機能マッピングおよび大脳皮質からの入力応答の記録を行い、延髄楔状束の入出力系の検討を行う。遺伝学的手法を用いて標的とする神経細胞の活動を人為的に操作する実験手法に関しては、霊長類においてAAVベクターを用いた遺伝子導入の成否を確認することが難しいなどの問題点があることから、サルへの応用を検討するとともに、ラットでの実験を継続して行い、慢性行動実験や、脳損傷、脊髄損傷などの病態モデルなどへの応用を目指す。