Hierarchical information processing mechanism in motor cortex revealed by super-wide-field two-photon microscopy

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19K23772
• Research Category: Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: 0704:Neuroscience, brain sciences, and related fields
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: Terada Shin-Ichiro 東京大学, 大学院医学系研究科(医学部), 助教 (40847274)
• Project Period (FY): 2019-08-30 – 2022-03-31
• Keywords: ２光子顕微鏡 / 運動制御 / カルシウムイメージング / パーキンソン病

Outline of Final Research Achievements

The neocortex is thought to realize complex information processing by forming specific input-output structures between regions. However, the principle of this information processing is still unknown. In this study, we used super-wide-field two-photon microscopy, a microscopy technique that enables single-cell resolution measurement of interregional activity in a specific layer, to clarify how the mouse higher motor cortex (M2) and primary motor cortex (M1) interact on a trial-by-trial basis during motor task execution. In addition, since there is a dense axonal projection from M2 to M1, we also clarified what kind of information is transmitted in such top-down input, thereby advancing our understanding of the principles of information processing between the two areas.

Free Research Field

脳神経科学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

複数脳領域から高い空間解像度で神経活動の大規模同時計測を可能とする光学顕微鏡技術はまだ開発されてから間もない。本研究では開発した手法や投射軸索イメージング技術を組み合わせることで、脳領域間の情報伝達について調べるに当たり当技術が有用であることを示した。
パーキンソン病患者では自発的には運動開始が困難だが、外発キューに対しては問題なく運動開始が可能であることが知られている。本研究では両課題において分離した活動を示す脳領域を明らかとしたため、今後さらに本研究を推し進めることで、疾患への理解にも深くつながることが期待される。