Functional mapping of primate insular cortical areas based on their neural networks

2019 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 18K14838
• Research Institution: University of Tokyo Health Sciences
• Principal Investigator: 上園 志織 東京医療学院大学, 保健医療学部, 助教 (30755666)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2021-03-31
• Keywords: 霊長類 / 大脳基底核 / 島皮質 / 神経路 / ウイルスベクター

Outline of Annual Research Achievements

大脳基底核から島皮質への多シナプス的入力を解析するために、越シナプス的逆行性トレーサーである狂犬病ウイルスベクターをマーモセットの島皮質に注入した。MRIを用いて脳画像を取得、脳アトラスを参考にして島皮質の亜領野にそれぞれ異なる蛍光タンパク（青、緑、赤）を発現する狂犬病ウイルスベクターを注入した。灌流固定をおこない、摘出した脳を蛍光実体顕微鏡で観察し、3種類の蛍光ラベルを確認した。さらに、脳の薄切を行い、組織標本を作製し、主に大脳基底核（線条体、視床下核、淡蒼球外節）の三次的ニューロンラベル着目してニューロンラベルを観察した。大脳基底核におけるニューロンラベルに類似性が見られたため、大脳基底核からの入力様式については島皮質全体で似ている可能性がある。
当該研究の対象である島皮質は他の大脳皮質に比べ深部にある。これまでの注入実験により、島皮質の亜領野への限局的な注入を成功させるためには、注入実験の方法をより高い精度でおこなう必要があることが分かった。そこで、研究協力者とMRI画像の撮像プロトコル、注入実験の条件、麻酔方法の検討を進めた。特に、MRIの脳画像とトレーサー注入部位の同期をより精密にするために、MRIの際に使用するマーカーパーツの改良をおこなった。現在新規のマーカーパーツを実際に使用し、MRIでのテスト撮像を進行中である。2020年度は見直しをおこなったシステムでのトレーサー注入実験を行う予定である。

Current Status of Research Progress

4: Progress in research has been delayed.

Reason

これまでの注入実験により、深部に存在する島皮質の亜領野への限局的な注入を成功させるためには、注入実験の方法をより高い精度でおこなう必要があることが分かった。そこで、MRIの脳画像とトレーサー注入部位の同期をより精密にするために、MRIの際に使用するマーカーパーツの改良をおこなった。設計に関する共同研究者や業者との打ち合わせに時間を費やしたため、当初の予定より注入実験への取り組みが遅れている。現在新規のマーカーパーツを実際に使用し、無動物状態でのテスト撮像を進行中であり、マーモセットでの検討実験も段階的に行う予定である。

Strategy for Future Research Activity

これまでより高い精度で注入実験をおこなうため、2019年度にMRI用のマーカーパーツの改良をおこなった。さらに、注入実験用の脳定位装置の設計を進行中である。2020年度には、それらを用いた検討実験をおこない、注入実験のシステムを整える。改良した実験システムでアデノ随伴ウイルスベクターを島皮質に注入し、順行性トレーシングをおこない、島皮質の出力様式の詳細を明らかにする。実験のプロトコルは、これまでに研究代表者がおこなったマーモセット帯状皮質へのアデノ随伴ウイルスベクターの注入実験や、当該研究の2018年度におこなった島皮質への狂犬病ウイルスベクター実験を参考に実施し、必要に応じて随時検討および改良をおこなう。得られた注入個体の組織標本を作製し、島皮質から順行性標識された軸索終末の分布を全脳に渡り解析することで、島皮質の出力先を総じて明らかにするとともに、主要な出力先を特定する。アデノ随伴ウイルスベクターによる順行性トレーシングのみでは不十分な場合は、島皮質からの出力を受ける領域に、異なる蛍光タンパクを発現する伝播能欠損型（G遺伝子欠損）の狂犬病ウイルスベクターベクターを注入し、島皮質における逆行性ラベルされた出力ニューロンの細胞分布を解析することによって、島皮質亜領野ごとの出力様式の詳細を明らかにする。
加えて、2018年度から2019年度にかけておこなった注入実験の蛍光多重ラベル免疫組織化学染色の検討およびニューロンラベルの解析をすすめる。上記の実験から島皮質の入力および出力について総合的に考察し、霊長類島皮質の機能マップを作成する。得られた研究成果については学会発表および論文の作成をおこなう。

Causes of Carryover

研究の遅れにより、補助事業期間を1年延長し、2020年度に繰り越すこととしたため。