マーモセット前頭前野の認知機能に関わる脳領域間結合の神経回路基板の解明

2021 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 20K07731
• Research Institution: Institute of Physical and Chemical Research
• Principal Investigator: 高司 雅史 国立研究開発法人理化学研究所, 脳神経科学研究センター, 研究員 (10598080)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 前頭葉 / 霊長類 / カルシウムイメージング / 神経回路 / 意思決定

Outline of Annual Research Achievements

大脳皮質の前頭前野は高度な認知機能を司ると考えられており、その機能に関してはこれまで多くの研究がなされ、思考、情動、記憶、注意、意思決定などの機能が局在していることが明らかになってきている。しかし、前頭前野が他の大脳皮質領野や皮質下領域とどのように協調して情報を処理しているかに関する知見はまだそれほど得られていない。
本研究では霊長類のマーモセットを対象に、前頭前野の認知機能が他の大脳皮質領野や皮質下領域とどのように協調して情報処理されることで果たされるかを明らかにすることを目的とする。具体的には、まず認知課題遂行中のマーモセットの大脳皮質全体から神経活動を記録し、認知課題と大脳皮質の各領野の関わりを明らかにする。次に認知課題の遂行時に活動する前頭前野の領野から層横断的に神経活動を記録することで、各神経細胞の位置と活動のタイミングを解析する。これにより得られた各神経細胞の位置と、これまでに得られている前頭前野の神経細胞の投射様式から、どの領域に投射している神経細胞が認知課題のどのタイミングで活動しているかを明らかにする。さらに、各神経回路特異的に神経活動を記録、あるいは神経活動を制御することで、各神経回路が認知機能に与える影響を明らかにする。
本年度は眼窩前頭皮質に焦点を絞り、眼窩前頭皮質にアデノ随伴ウイルスを用いてGCaMPを発現させ、プリズムレンズを留置して神経活動の記録を開始した。また、神経回路特異的な機能を明らかにするために、データベースを元に眼窩前頭皮質の神経細胞が密に投射している領域を探索した。これらの領域に投射している眼窩前頭皮質の神経細胞の位置を決定するため、投射領域に逆行性ウイルスを注入し、眼窩前頭皮質を組織学的に調べることで各領域に投射している神経細胞の分布を決定した。

Current Status of Research Progress

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

Reason

眼窩前頭皮質は前頭葉の腹側にある上に前頭葉が湾曲しているため正確な位置から神経活動を記録することが難しかったが、これらの手技に関する問題が解決したため、動物が課題を遂行しているときの神経活動の記録を開始することができた。

Strategy for Future Research Activity

動物が課題を遂行しているときの眼窩前頭皮質の神経活動の記録が進んだ後に、眼窩前頭皮質から他領域へ投射している神経細胞特異的な神経活動の記録および光遺伝学などを用いた神経活動の操作をおこなう予定である。

Causes of Carryover

当初の計画では当該年度に共同研究者との打ち合わせおよび国内の学会での成果発表をおこなう予定であったが、新型コロナウイルスの感染拡大以降は打ち合わせがウェブ会議へ変更されたため次年度使用額が生じた。これは翌年度における打ち合わせや成果発表に使用する予定であるが、新型コロナウイルスによって打ち合わせや成果発表が難しい場合には研究設備や試薬等を充実させ、より研究を推進するために使用する。