大脳皮質－基底核ループにおける神経活動代替システムの確立

2019 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 18K15340
• Research Institution: National Institute for Physiological Sciences
• Principal Investigator: 長谷川 拓 生理学研究所, システム脳科学研究領域, 特任研究員 (90713256)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2021-03-31
• Keywords: 脳深部光刺激デバイス / 化学遺伝学的手法 / 光遺伝学的手法

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、化学遺伝学的手法と光遺伝学的手法を組み合わせることによって神経活動を外部入力によって代替する神経活動代替システムの構築を行っている。本年度は抑制型DREADD (Designer Receptors Exclusively Activated by Designer Drugs) 受容体と光受容イオンチャネルを共発現するAAVベクターをラットの視床下核へ注入し、行動実験の条件検討を行った。
皮質運動野の活動がどのように大脳基底核によって制御されているかを明かにするために、BMI (Brain Machine Interface)タスクを構築した。皮質運動野の単一神経活動を多点電極(NeuroNexus)によって記録し、一部の神経細胞の神経活動が上昇した際に報酬を与え、任意の神経細胞を随意的に制御させた。大脳基底核は皮質運動野を介して運動制御を行っており、DREADDによる大脳基底核の神経活動操作によって皮質運動野の随意的な活動制御が異常になると予想される。視床下核の抑制がどのように運動野の神経活動とBMIタスクのパフォーマンスに影響を及ぼすか評価を行っている。
さらに、脳深部内視鏡 (Inscopix, Inc.) によるカルシウムイメージングの実験系を立ち上げ、自由行動下で線条体から単一細胞レベルの神経活動の記録が可能になった。神経活動代替システムによって実際に神経活動が変化することをカルシウムイメージングによって確認する予定である。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

本研究課題では、新規実験系の構築とその実験系による大脳基底核の運動制御に関する仮説の検証を行う。これまで、ウイルスベクターの開発とレーザー照射デバイスの作製を行い、神経活動代替システムの開発が概ね完成した。現在、新しい行動タスクを構築し、大脳基底核の運動制御に関わる機能の解析を行っており、順調に進展していると言える。

Strategy for Future Research Activity

２０２０年度には、実験計画での予定通り行動タスクを改善させる光刺激条件の探索を行う予定である。また、多数の神経活動を同時記録できる脳深部内視鏡によるカルシウムイメージングによって神経活動制御技術の評価を行い、新規実験手法として学会報告や論文投稿を検討している。