Elucidation of the role of the thalamo-prefrontal projections for cognitive dysfunction in psychiatric disorders

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 22K15235
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 46030:Function of nervous system-related
• Research Institution: Institute of Physical and Chemical Research
• Principal Investigator: TSUTSUMI Shinichiro 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, 副チームリーダー (20862676)
• Project Period (FY): 2022-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 自閉スペクトラム症 / 神経活動依存的トレーシング / 視床 / 前頭連合野 / 機能的再編成 / 認知タスク / 2光子イメージング

Outline of Final Research Achievements

By using a novel activity-dependent tracing method, this study revealed a functional reconfiguration of thalmus-frontal association cortex (FrA) projections after learning a cognitive task; from a preferential activation of VL (motor-related) thalamus to FrA projections to that of VM/Po (sensorimotor or associative) thalamus to FrA projections. We also established a technically challenging, two-photon calcium imaging of thalmus-FrA axons. In autism spectrum disorder model mice (Chd8 hKO), we found anatomical difference in thalmus-FrA projections. We failed to find functional differences in thalmus-FrA projections in Chd8 hKO mice at baseline, however, future study could reveal the difference in functional projections after the cognitive learning.

Free Research Field

神経科学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究では、認知学習により視床―前頭連合野投射が機能的に再編成されることを世界に先駆けて示した。また、技術的に困難である視床―前頭連合野投射軸索の2光子カルシウムイメージングの技術を確立した。自閉スペクトラム症モデルマウスChd8 hKO系統を用いた解析では、視床―前頭連合野投射が解剖学的に異なることを発見した。本研究ではChd8 hKO系統における視床―前頭連合野投射の機能的な違いは明らかではなかったが、今後の研究で、認知障害の原因となりうる視床―前頭連合野投射の異常が特定されれば、新たな診断・治療方策に向けた基盤的な知見となりうる。