2020 Fiscal Year Research-status Report

How do somatosensory deficits after stroke relate to the recovery of fine finger movements

Research Project

Project/Area Number	19K19898
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, 室長 (40835419)
Project Period (FY)	2019-04-01 – 2022-03-31
Keywords	筋感覚 / 手指運動機能 / 一次体性感覚野 / リハビリテーション / 脳損傷
Outline of Annual Research Achievements	脳卒中後の運動機能障害の中でも、手指の巧緻運動機能の回復は最も難しい。この一因として、手指の巧緻運動の制御に深く関与している筋感覚情報の処理を担う神経機構に関しての理解が進んでいないことが挙げられる。本研究では、手指の巧緻運動機の制御に深く関与しているとされる筋感覚情報に焦点を当て、その情報処理を行う神経機構を明らかにするとともに、体性感覚機能障害を呈した運動麻痺モデルを用いて運動に伴い誘起される体性感覚情報が手指の巧緻運動機能の回復に及ぼす影響を明らかにすることを目的とする。本研究を通して、運動感覚という側面から手指の巧緻運動機能の回復を促すリハビリテーション方法の創出を目指す。本年度は、昨年度実施した脳幹楔状束核への神経トレーサー注入実験の結果解析を行った。標的脳部位の切片を解析したところ、標的部位以外への薬液の漏れ等の問題点が見られたため、標的部位に限局した薬液注入を可能とする方法の考案を行った。具体的には、薬液注入カニューレを動かすことで周辺部位へ薬液が漏れることが問題であったため、カニューレを保護するガイドチューブを作成し薬液の漏れが最小限になるよう改良を行なった。また、標的脳部位の同定するため、皮質内微小電気刺激による一次運動野の体部位局在マップおよび、末梢感覚刺激による一次体性感覚野、脳幹延髄楔状束核の体部位局在マップを作成し手指領域の同定を行った。実験個体であるマカクサルへの行動訓練としては、母指と示指を用いてつまみを引く課題のトレーニングを行なった。本課題と、昨年度訓練した手首の屈伸運動課題と比較することで、筋感覚情報と巧緻運動と粗大運動の制御との関係を明らかにすることが可能となる。今後、覚醒行動下の動物を用いて、筋感覚情報を操作した際に見られる行動変容及びその適応について検討していく。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 現在、実験個体であるマカクサルは手指のつまみ運動と手首の屈伸運動の２種類課題を行うことができている。また、実験個体は、神経活動を記録するための外科的手術等が終了しており、大脳皮質、脳幹部において体性感覚受容野マップの作成もほぼ終了している。また、脳標的部位への薬液注入に関しては、実験システムの改良を行い大脳皮質、脳深部への薬液注入法をを確立することができている。以上が本年度の状況である。今後本実験を行う準備を整えることができているため、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	今後の研究の推進方策としては、末梢感覚刺激に対する延髄楔状束核の活動応答を麻酔下の動物を用いて詳細に記録する。筋感覚情報は楔状束核を介して視床、一次感覚野へ情報が伝わるとともに、楔状束核から小脳に直接情報が伝わる。したがって、この神経核の機能を明らかにすることは、運動制御のみならず、小脳における運動学習機構を理解する上で極めて重要であり体性感覚機能の再建につながる。そこで、まず延髄楔状束核の活動特性を明らかにした後、大脳皮質、脳幹の同定した標的部位（手指領域）にGABA作動薬であるムシモルまたはナトリウムチャネルブロッカーであるリドカインを投与し、薬理的操作による当該領域の不活性化が運動機能に及ぼす影響について手指運動課題を用いて検証するとともに、その際の感覚関連領域の神経活動を記録することで、体性感覚伝導路の適応反応を確認する。上記検証後、手指の筋感覚に関わる感覚伝導路に損傷を引き起こし、体性感覚障害モデルを作成する。損傷後、リハビリテーションとして手指運動課題を行い、体性感覚機能の障害が巧緻運動機能の回復に及ぼす影響について検証する。また、延髄楔状束核の活動を脳損傷前後で比較することによって、延髄楔状束レベルでの可塑的変化の有無、すなわち、体性感覚の代償機構が延髄楔状束核に存在しているかを明らかにしていく。これは、近年提案されている延髄楔状束核を人工的に刺激することにより体性感覚機能の再建を目指す機能再建技術の発展につながる。
Causes of Carryover	当該年度は主に研究成果発表のための旅費、学会参加費等の諸費用に予算を計上していたがCOVIDー19の流行により、国際学会、国内学会が中止となり、学会等成果発表のための経費を使用しなくなったため。一方、実験を進める中で、新たな発見があったため、旅費及び学会参加費として計上していた予算を用いて検証実験のために必要な実験機器を購入した。今年度も、出席を予定していた主要学会がオンラインでの開催となっていることから、旅費等の予算配分を適宜、実験に必要な物品購入費に当てる予定である。