2021 Fiscal Year Research-status Report
Effect of cerebrocortical virtual stimulation on motor learning in the cerebellum
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21K07256
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| Research Institution | Jikei University School of Medicine |
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Principal Investigator |
志牟田 美佐 東京慈恵会医科大学, 医学部, 講師 (70609172)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
石川 太郎 東京慈恵会医科大学, 医学部, 准教授 (50547916)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 小脳 / 大脳小脳連関 / オプトジェネティクス / 運動学習 / トレーニング / 睡眠 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
運動学習の強化は、トレーニング中だけでなく、トレーニングの間の睡眠中においても脳内で何らかのプロセスが進行していると考えられている。本研究は、睡眠中に大脳皮質が感覚信号を再現(リプレイ)して小脳に伝達することで、小脳はいわばバーチャルな感覚信号によって記憶の強化を進めるという仮説(リプレイ仮説)を検証することにある。方法としては、オプトジェネティクスと行動実験を組み合わせたマウスのin vivo慢性実験系を用いて、小脳運動学習の成立における大脳小脳連関回路の意義を明らかにする。本年度は、この実験系の基本となる３つの実験技術の開発を進めた。第一に、光遺伝学的手法を用いて、小脳皮質においてプルキンエ細胞やその他の細胞の細胞種類を光応答に基づいて同定する方法を開発した。本年度は2種類の遺伝子改変マウスを用いて、細胞種類判定の方法を最適化した。第二に、自然な睡眠と覚醒の状態が得られる自由行動下のマウスにおいて、多電極記録により大脳と小脳から同時に記録を行える実験系を立ち上げた。この実験系では、長時間の自由行動中のマウスの覚醒・睡眠状態を、脳活動と筋電図記録から判別し、覚醒時と睡眠中の脳活動状態で、周波数帯域ごとに活動性の相関を計測することができた。第三に、マウスの口唇部や四肢の運動を高速動画撮影と深層学習画像処理プログラムにより定量的に評価する方法を導入した。これらにより、覚醒と睡眠による大脳の活動の変化が、小脳の感覚信号処理と運動学習に与える影響を解析する実験系の構築が進んだ。
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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
当初の計画通り、オプトジェネティクスの利用、自由行動マウスからの電気生理学的記録、マウスの行動解析の３つの技術について新たな実験系の立ち上げが進んだ。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後の課題として、自由行動マウスの覚醒レベルを、その時点の覚醒レベルに応じてフィードバック制御装置を用いて制御する技術を付加する必要がある。さらに、瞬目反射条件付けの学習中のマウスからの脳活動の記録を行う必要がある。
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| Causes of Carryover |
遠隔操作用の光照射装置を初年度に購入する計画であったが、初年度には現有の据え置き型の光照射装置を用いて条件検討を行うことを優先し、遠隔操作用の光照射装置の購入を次年度に延期した。学会渡航費については、当年度は学会がオンライン化されたため使用しなかったが、次年度以降に実地学会が開催され次第使用する。
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Research Products
(1 results)
