2019 Fiscal Year Research-status Report
霊長類セロトニン系の光操作による心と体の相互関係のメカニズムの解明
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19K22582
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| Research Institution | Kansai Medical University |
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Principal Investigator |
中村 加枝 関西医科大学, 医学部, 教授 (40454607)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
永安 一樹 京都大学, 薬学研究科, 助教 (00717902)
山中 航 順天堂大学, スポーツ健康科学部, 助教 (40551479)
安田 正治 関西医科大学, 医学部, 講師 (90744110)
栗川 知己 関西医科大学, 医学部, 助教 (20741333)
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| Project Period (FY) |
2019-06-28 – 2023-03-31
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| Keywords | 拡張扁桃体 / 黒質網様体 / 背側縫線核 / 分解条床核 / セロトニン / 光遺伝学 / 眼球運動 / ストレス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
情動が変化すると、自律神経系（体）の変化に加え、認知や行動(心)の変化が起きる。扁桃体の神経活動は快・不快の情動覚醒を表現し、血圧変化などの自律神経反応を惹起し、ストレスに対応する体の反応を引き起こす。一方、大脳皮質―基底核回路は抑制・脱抑制機構により認知や行動選択といった心の制御に関わる。異なる機能領域として解明されてきた両者の間には扁桃体→大脳基底核の解剖学的投射があり、これを介して情動が認知や行動を変容させ、環境適応としての行動制御を実現していると考えられるが、具体的なメカニズムは不明である。本研究は、行動課題を行うサルにおいて、扁桃体―大脳基底核回路の異なる領域の活動性を特定のタイミングで操作し、自律神経反応の変化と、同時に起きる認知・行動の変化がいかなるメカニズムで起きるかを解明する。さらに、その過程が異なる情動コンテキストでどのように変化するかを解明する。操作は電気刺激に加え、自ら開発したウイルスベクターを用いて、扁桃体に投射の強いセロトニン細胞選択的な光刺激を行う。以上により扁桃体→大脳基底核回路のコンテキスト・領域・タイミング・物質特異的な変化が体と心を変容させるプロセスを明らかにする。初年度は、(1)行動課題遂行時の顔温度、瞳孔径といった自律神経反応を霊長類で記録するシステムの構築と(2)セロトニン操作のための背側縫線核へのウイルスベクターの注入、光操作の導入を行った。今後、背側縫線核・その投射先である黒質網様部・緻密部・分界条床核・扁桃体中心核の課題関連活動記録と光操作により、行動や自律神経反応の変化への影響を調べる。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
(1)行動課題遂行時の自律神経反応を霊長類で記録するシステムの構築：3頭のサルにおいて、眼球運動課題を確立した。中心点注視の後、左右に呈示された視覚刺激のいずれかが報酬と関連付けられており、それを眼球運動で選択する。視覚刺激と報酬の関連は予告なく入れ替わる。ルールについての記憶の保持、または変更する柔軟性に加え、中央の注視点が消えるまで行動を抑制する辛抱強さを要する。この課題において、試行間にエアパフと関連付けられた経時的に変化する視覚条件刺激を呈示することによって、持続したストレス状態下で行動課題を行わせた。ストレス強度の増大による交感神経優位（瞳孔径増大・皮膚温度低下）の自律神経反応に加え、中央点注視を続けられないエラーを含む衝動的反応の増加が確認された。
(2)研究分担者永安が開発したセロトニン細胞特異的にチャネルロドブシンを発現するAAVベクターを、一頭のサルのセロトニン細胞が存在する背側縫線核に注入した。注入約1か月後、光刺激への反応を確認したところ、背測縫線核細胞は光の強度に応じて神経細胞の発火の変化が認められた。さらに、背側縫線核およびその投射先である黒質網様部を課題遂行時に光刺激を行った。刺激部位やタイミングによって反応時間の変化が認められた。
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| Strategy for Future Research Activity |
背側縫線核・その投射先である黒質網様部・緻密部・分界条床核・扁桃体中心核の課題関連活動記録と光操作の影響を調べる。特に、光刺激に応じるつまりセロトニン細胞やセロトニン細胞の投射を受ける細胞が、報酬や嫌悪刺激の期待にどのように反応するか、異なる情動下での行動とどのような関連性があるかを明らかにする。さらに、試行や試行内のタイミング特異的に光刺激を行い、神経活動記録で予測されるセロトニン投射の役割を明らかにしていく。AAVベクターは1年ほどすると活性が失われるので、それまでに実験を完了し、組織的解析を行い、ベクターのセロトニン細胞選択性を確認する。
また、扁桃体系の分界条床核、大脳基底核系の黒質網様部ニューロンの課題関連活動を同時記録、比較し、両者の関係と行動の関連を調べる。例えば、扁桃体系（分界条床核）の神経活動が大脳基底核系(黒質網様部)より優位なら、交感神経優位で黒質網様部による抑制機能が弱くなり、衝動的反応が目立つ。大脳基底核系が優位な場合は黒質網様部による抑制機能が強く、しかも報酬獲得行動も亢進すると予想している。
以上により、扁桃体・大脳基底核とセロトニン投射による、異なる情動下での行動変容のメカニズムを明らかにする。
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| Causes of Carryover |
行動関連の神経細胞発火・光刺激時の神経細胞発火記録のために必要な金属電極を注文予定であった。当該電極はアメリカからの輸入品であるが、新型コロナによる流通の停滞により入手が大幅に遅れ、見通しがつかない状況である。そのため、次年度に予算をまわして電極を購入する予定である。ちなみに現在の実験はとりあえず手持ちの電極で進めることはできている。
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[Presentation] Characteristics of subjective visual vertical in patients with unilateral spatial neglect.2019
Author(s)
Mori, K., Nakamura, K., Hashimoto, S., Wakita, M., Hase, K.
Organizer
The 38th annual meeting, the Japan Neuroscience Society
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