Basic research for rehabilitation: a focus on roles of basal ganglia and cerebellum in behavioral flexibility

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19K11389
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 59010:Rehabilitation science-related
• Research Institution: Kanazawa University
• Principal Investigator: Yoneda Mitsugu 金沢大学, 保健学系, 准教授 (70334787)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 少作 隆子 金沢大学, 保健学系, 教授 (60179025)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 運動学習 / ドーパミン / cbln1 / オペラント / 大脳基底核 / 小脳 / 学習戦略 / 行動選択

Outline of Final Research Achievements

Humans acquire various abilities by repeating the same behavior and modifying behavioral choices depending on the situation. Understanding the neural basis of such behavioral flexibility may be useful for recovering ability deficits due to psychiatric disorders and brain injury. Although cortico-basal ganglia circuits and dopamine systems play important roles in reward-based motor learning, the role of the cerebellum is not fully understood.
We performed behavioral experiments in the Yoneda three-lever operant task using D2 receptor knockout mice and cbln1 knockout mice, which showed a marked reduction in cerebellar parallel fiber-Purkinje cell synapses. We found a possible involvement of the cerebellum in reward-based motor sequential learning and reversal learning.

Free Research Field

作業療法学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

統合失調症等の精神疾患、脳卒中等の脳損傷による身体及び高次脳機能障害に対するリハビリテーション技術は改良してより多くの人の生活能力回復を目指す必要がある。そのためには、個人に最適な訓練方法を提供できるようにしなければならない。
我々は、3レバー課題の学習が困難であったドーパミンD2受容体ノックアウトマウスに対して、学習を改善させる方法を見出した。Yoneda three-lever operant taskは報酬に基づく運動学習を順序学習や逆転学習の側面から研究できる有用な実験課題と言える。今後、この課題を用いて障害に応じた最適な学習方法の開発によりリハビリテーション技術の発展が期待できる。