グルタミン酸作動性・GABA作動性入力による視床下核ニューロンの活動調節様式

2020 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 20K07772
• Research Institution: National Institute for Physiological Sciences
• Principal Investigator: 畑中 伸彦 生理学研究所, システム脳科学研究領域, 助教 (80296053)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2025-03-31
• Keywords: マカクサル / 大脳皮質 / 大脳基底核 / 運動情報の流れ / 視床下核 / 淡蒼球内節

Outline of Annual Research Achievements

2020年度には，実験用サルの導入，チェアートレーニング（馴致），運動課題のトレーニングを行いました。サルに与える運動課題は遅延期間付き上肢到達運動課題です。サルの正面にLEDライトとタッチセンサーを３つ設置したパネルを置き，サルが手をホームキー上に1500msec置くと課題が始まります。手がかり刺激（赤色；S1）が３つのLEDのうち１つが点灯することによって到達運動するターゲットが提示され，ランダムに置かれた遅延期間ののち，３つのGo刺激（緑色；S2）が提示され，サルは覚えていたターゲットに到達運動を行い，正しいLEDに振れると報酬としてジュースがもらえます。また，一次運動野と高次運動野の活動の差を比較するため，Stop課題も与えます。Stop課題でも手がかり刺激（S1）は３つのうちの１つのLEDが赤色で提示され，おなじ遅延期間が置かれます。その後，３つのLED全てにStop刺激（赤色）が提示され，サルは準備していた運動をやめて，ホームキー上に手をキープし続けなければなりません。成功すればサルは報酬を得られます。また、サルは無痛的にステレオ装置に頭部を固定するための手術を行いました。ケタラールで導入したのち、プロポフォールによる静脈全身麻酔下でサルをステレオ装置に付け、無菌的に頭皮の一部を除去し頭蓋骨を露出させる。そののち無痛的に固定するためのチューブを前後に二本、レジンを用いて頭蓋骨に固定する。手術後の回復期間の後、頭部を固定したまま運動課題が遂行できるように、モンキーチェアーを調節し、再度トレーニングを行いました。

Current Status of Research Progress

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

Reason

予定通り、サルの導入から運動課題のトレーニング、神経活動記録の準備が終了しました。

Strategy for Future Research Activity

2021年度以降は，課題を習得したサルから順次データを採集します。まず，大脳皮質をマッピングして，一次運動野，補足運動野，運動前野，前補足運動野，前頭前野などに刺激電極を慢性的に設置します。その後，記録細胞の周囲に薬物を微量注入できる注入管付き単一ユニット記録電極を視床下核に挿入し，運動課題を行っている視床下核の活動を記録し，GABAA受容体の遮断薬であるgabazineを記録細胞の周囲に微量（0.2μL）注入し，PSTH上で間接路からの応答が消失したのを確認したのち，運動課題遂行中の活動を記録します。さらにその後，イオンチャネル型グルタミン酸受容体であるNMDAの遮断薬であるCPPと，AMPA型受容体の遮断薬であるNBQXの混合薬を注入し，PSTH上でハイパー直接路からの応答が消失したのを確認し，運動課題遂行中の視床下核ニューロンの活動を記録します。
解析では，GABAA受容体の遮断薬を注入する前後の活動の差分をとり，GABA作動抑制性入力のみのコンポーネントを得ます。同様にイオンチャネル型グルタミン酸作動性入力のコンポーネントも，遮断薬注入前後の活動の差分を取ることで得られます。