ストレスによる行動変容に対するドーパミンとセロトニンの役割を明らかにする研究

2020 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 20K06916
• Research Institution: Kansai Medical University
• Principal Investigator: 上田 康雅 関西医科大学, 医学部, 講師 (60332954)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 大脳基底核 / 線条体 / 尾状核 / ストレス / ドーパミン / セロトニン

Outline of Annual Research Achievements

現在2頭の動物に対して、3種類の異なる視覚刺激に、それぞれに報酬、音、顔への空気の吹き付け(嫌悪刺激)の関係を古典的条件付け課題によって十分学習させた。次に、2つの視覚刺激のうち好ましい選択肢を眼球運動によって選ばせる課題をトレーニングした。この課題では、古典的条件付け課題によって条件付けされた3つの視覚刺激のうち2つを選び出し、一定の期間、その2つの刺激を使って、動物にとって好ましい視覚刺激を眼球運動により選択させる課題を遂行させた。トレーニングにおいて2頭の動物で、成功すれば報酬が得られる条件が同じであるにも関わらず、失敗した場合に嫌悪刺激があるか無いかによって、行動選択の成績が異なることを確認した。この現象は、適切な行動選択に失敗した場合に嫌悪刺激を受ける可能性のある状態で課題を行うことが、実際に嫌悪刺激を受けるかどうかにかかわらず動物にとってストレスであり、これが動物の適切な行動選択を阻害している可能性を示している。動物の感じているストレスを客観的に評価するために、瞳孔径と、顔の表面の温度を記録した。この結果、成功すれば報酬がもらえる課題であっても失敗すれば罰がある課題では、行動選択前の注視期間中の瞳孔径が大きい傾向が観察され、顔の表面の温度の計測についても、課題開始時点からの温度の変化を観察したところ、温度は徐々に低下する傾向がみられた。一方で選択肢に嫌悪刺激と関連付けされた視覚刺激がない条件下では、課題開始から徐々に温度の上昇が見られた。このことは、失敗すると罰を受けるかもしれないという状況下では、実際にその罰をうけるか否かにかかわらず、動物はその恐怖から交感神経が亢進し、瞳孔径の散大と顔の毛細血管の収縮が起こっている可能性があることが明らかになった。

Current Status of Research Progress

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

Reason

動物に対し、3種類の異なる視覚刺激に、それぞれに報酬、音、顔への空気の吹き付け(嫌悪刺激)の関係を古典的条件付け課題によって十分学習させた。次に、2つの視覚刺激のうち好ましい選択肢を眼球運動によって選ばせる課題をトレーニングした。この課題では、古典的条件付け課題によって条件付けされた3つの視覚刺激のうち2つを選び出し、一定の期間、その2つの刺激を使って、動物にとって好ましい視覚刺激を眼球運動により選択させる課題を遂行させた。トレーニングにおいて2頭の動物で、成功すれば報酬が得られる条件が同じであるにも関わらず、失敗した場合に嫌悪刺激があるか無いかによって、行動選択の成績が異なることを確認した。この現象は、適切な行動選択に失敗した場合に嫌悪刺激を受ける可能性のある状態で課題を行うことが、実際に嫌悪刺激を受けるかどうかにかかわらず動物にとってストレスであり、これが動物の適切な行動選択を阻害している可能性を示している。動物の感じているストレスを客観的に評価するために、瞳孔径と、顔の表面の温度を記録した。この結果、成功すれば報酬がもらえる課題であっても失敗すれば罰がある課題では、行動選択前の注視期間中の瞳孔径が大きい傾向が観察され、顔の表面の温度の計測についても、課題開始時点からの温度の変化を観察したところ、温度は徐々に低下する傾向がみられた。一方で選択肢に嫌悪刺激と関連付けされた視覚刺激がない条件下では、課題開始から徐々に温度の上昇が見られた。このことは、失敗すると罰を受けるかもしれないという状況下では、実際にその罰をうけるか否かにかかわらず、動物はその恐怖から交感神経が亢進し、瞳孔径の散大と顔の毛細血管の収縮が起こっている可能性があることが明らかになった。令和2年の自律神経応答の計測と評価に関しては当初計画していた、心拍以外は達成することができた。

Strategy for Future Research Activity

線条体へのドーパミンD1およびD2受容体阻害剤の注入を予定している。現在、1頭の動物で、すでに何度かこれら薬剤の注入を行った。その結果、線条体に対してドーパミンを介した情報入力を遮断すると、行動選択や反応時間、さらに自律神経応答にも影響を与えることが示唆されるデータが得られた。本年度は、2頭目の動物においてもこれらの薬剤注入実験を行い、D1受容体を主に発現している直接路の投射細胞とD2受容体を主に発現している間接路に対するドーパミン入力の機能的意味、特にストレス強度が異なる状況下においてこれの入力は、正しい行動選択の発現にどのように関与しているのかを明らかにしたい。加えて、線条体に入力するセロトニンの機能的な意味について明らかにするため、セロトニン受容体阻害剤の注入を行い、線条体尾状核におけるドーパミン受容体の役割との違いを明らかにし、その役割について考察をする。
今後は、同一の課題を使って黒質緻密部(SNc)のニューロンの放電活動を記録し、異なるストレス強度下でドーパミン作動性ニューロンがどのような情報をコードするのかについて赤らかにしたい。また、背側縫線核(DRN)からのセロトニン作動性ニューロンの入力が黒質緻密部にはあるのだが、この入力の機能的遮断をセロトニン受容体阻害薬によって行なう。背側縫線核のニューロンはストレス関連情報をコードしていることが明らかになっているので、このセロトニン入力が、ドーパミンが担う情報をどのように調節しているかを明らかにしたい。

Causes of Carryover

コロナによる物品の供給ができないとの事で、当初予定していた多点記録電極の購入ができなかった点と、旅費等が使えなかったことによる。