2022 Fiscal Year Research-status Report
Neural mechanism of attention based on the structure of the thalamic reticular nucleus
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17K07081
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| Research Institution | Wakayama Medical University |
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Principal Investigator |
木村 晃久 和歌山県立医科大学, 医学部, 准教授 (20225022)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 視床網様核 / 聴覚 / 視覚 / 体性感覚 / 感覚統合 / 大脳皮質前頭前野 / 高次脳機能 / 注意制御機構 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
視床核での感覚情報処理、及び、視床と大脳皮質が構成するループ回路の動作を制御する視床網様核で感覚細胞の活動特性を調べ、注意や知覚の神経機構の解明に取り組んでいる。
当該年度では、高次脳機能（Top-downの内的要求）が、視床網様核を介して視床核の感覚情報処理に影響し、注意や知覚を制御し得る神経機構について、麻酔した動物（ラット）で、大脳皮質前頭前野の活性化が視床網様核細胞の感覚（聴覚と視覚）反応に及ぼす影響を調べた結果をまとめ、国際専門誌に投稿した。内容修正が示唆され、追加実験（脳波記録による脳状態の評価）を施行、論文を修正し、再投稿中である。結果は、大脳皮質前頭前野の活性化が視床網様核の聴覚、あるいは、視覚細胞の活動を修飾することを示した。修飾は、特定種の感覚情報を主に処理する１次の感覚視床核、あるいは、複数種の感覚情報を報酬や情動に関連して処理する高次の感覚視床核に投射する２種類の視床網様核細胞のいずれにもあり、大脳皮質前頭前野からの高次脳機能の作用が視床網様核を介して視床および視床-大脳皮質ループ回路の感覚情報処理に広く影響し得る。大脳皮質の聴覚及び視覚野で記録した脳波に大脳皮質前頭前野の活性化の影響を認めず、大脳皮質前頭前野は大脳皮質下（大脳基底核）を経路として視床網様核に影響する。結果は、これまでの研究で明らかにした視床網様核での感覚入力（Bottom-upの情報）の干渉にTop-downの情報要素が作用し、注意や知覚を柔軟に制御する神経機構の存在を示唆する。
体性感覚の情報処理に機能が特化するとされる１次視床核（後外側腹側核）の細胞活動に対する聴覚と視覚の影響を調べる実験は終了し、現在、論文を作成中である。結果は、聴覚と視覚刺激が体性感覚の１次視床核細胞の活動を修飾することを示し、感覚種に関係無く、１次の視床核で異種感覚の情報統合があることを示唆する。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
4: Progress in research has been delayed.
Reason
大脳皮質前頭前野の活性化が視床網様核細胞の感覚反応に及ぼす影響に関する研究について、論文を投稿したが、追加実験に基づく論文の修正を求められた。追加実験は、脳波に基づいて脳の状態を評価するのもので、新たな実験を立ち上げる必要があり、記録システムの構築とデータ解析のプログラムの作成、実験の試行で、追加実験の完了と論文の修正までに時間を要した。現在修正した論文を投稿中で、当該年度に完了を予定していた大脳皮質前頭前野の活性化が視床網様核細胞の感覚反応に及ぼす影響に関する研究が完了していない。既に論文で報告した聴覚と視覚の１次視床核での異種感覚の干渉に関する知見を一般化する目的で、前年度までに終了した異種感覚情報の干渉を体性感覚の１次視床核で検証する実験については、解析と結果のまとめを当該年度でほぼ完了し、論文を作成中であるが完成に至っていない。追加実験の施行と論文の修正に時間を要したことで、覚醒動物の行動に伴う視床網様核及び視床核細胞の活動の変化を調べる実験の開始に至っていない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和５年度は、大脳皮質前頭前野の活性化が視床網様核細胞の感覚反応に及ぼす影響に関する論文の採択を目指し、体性感覚の１次視床核（後外側腹側核）の細胞活動に対する聴覚と視覚の影響を調べた実験結果を論文にまとめ、国際専門誌に投稿する。令和５年が申請している研究の最終年度であり、当初計画していた覚醒動物の行動（高次脳機能の発現）をモニターしながら視床網様核、あるいは、視床核から報酬-動機に関連する神経活動を記録する実験を研究期間内に完了することは極めて困難である。覚醒動物の実験に代えて、前年度までに予定していて実施できなかった報酬-動機（中脳の腹側被蓋の活性化）が視床網様核細胞の感覚反応に及ぼす影響を調べる麻酔下での急性実験を施行する。同実験を視床網様核に加え、聴覚、あるいは、視覚の視床核にも適用し、中脳の腹側被蓋が発信する報酬-動機が視床網様核を介して１次あるいは高次の感覚視床核の感覚情報処理に作用する経路の存在の有無を調べる。最終年度ではこれらの実験を施行し、その結果を、報酬-動機が視床網様核を介して注意や知覚に影響する神経機構の存在を覚醒動物の行動と神経活動で検証する今後の研究に活かしたいと考える。
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| Causes of Carryover |
大脳皮質前頭前野の活性化による視床網様核細胞の感覚反応の変化に関する追加実験と論文の修正で、当該年度でも、覚醒動物の神経活動を調べる実験の開始が遅れており、実験で使用する慢性電極等等の購入に至らず、助成金が残った。
残った助成金は、令和５年度に優先して施行する中脳の腹側被蓋の活性化（報酬-動機）が視床網様核細胞の感覚反応に及ぼす影響を調べる実験（麻酔下での急性実験）に必要な実験機材の購入と消耗品の費用に使用する。
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