2021 Fiscal Year Annual Research Report
アクティブタッチの神経機構に関する包括的研究：ラットヒゲシステムを題材として
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21H03529
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
古田 貴寛 大阪大学, 歯学研究科, 講師 (60314184)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
日置 寛之 順天堂大学, 医学部, 教授 (00402850)
田中 琢真 滋賀大学, データサイエンス学部, 准教授 (40526224)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | アクティブセンシング / 神経回路 / 触覚 / 運動制御 / 感覚情報処理 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本申請課題では、アクティブタッチを実現する神経機構の理解に貢献する基礎データを取得し、それらを統合的に考察する。我々は以下の三つのサブテーマを設け、研究を進めている。
サブテーマ1：「アクティブタッチの運動解析」、サブテーマ2：「アクティブタッチの生成機構」、サブテーマ3：「アクティブタッチの受容機構」
サブテーマ１について：覚醒ラットの頭部を脳定位装置に無痛で固定し、行動実験を行った。行動課題中のヒゲの動きをレーザー変位計を用い、高い時間解像度と空間分解能において測定した。そのヒゲの動きは時間とともに変化する前後方向の位置として記録されるが、事後にフィルター処理を行い、20Hz未満の周波数成分と20Hz以上の成分とに分けた。ヒゲ運動は10Hz程度の周期的運動であるため、20Hz以下の成分をヒゲ運動として解析し、一方、20Hz以上の成分については、ヒゲが対象物に接触した結果生じた振動入力として解析をした。
サブテーマ２について：上記行動実験を行いながら、大脳皮質運動野で単一ニューロンの電気活動記録を行った。まず、刺激サンプルがデコボコセットの時とザラザラセットの時とで、運動皮質ニューロンの発火頻度や発火タイミングが変化するかどうかを検証した。また、ヒゲ運動記録から抽出された各種パラメータと発火頻度や発火タイミングに相関があるかどうかを検証した。
サブテーマ３について：ラットの脳幹三叉神経脊髄路にガラス電極を刺入し、一次求心性線維（末梢神経）に対し軸索内記録を成立させた。上記行動実験との組み合わせにおいて、刺激サンプルがデコボコセットの時とザラザラセットの時とで、末梢感覚神経の発火頻度や発火タイミングが変化するかどうかを検証した。また、ヒゲ振動入力成分の各種パラメータ（スペクトラム解析も含む）と発火頻度や発火タイミングに相関があるかどうかを検証した。
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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
実験計画通りに実験が実行され、所定の結果を得ている
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| Strategy for Future Research Activity |
サブテーマ1について:覚醒ラットの行動実験を確立する。この行動実験では提示する刺激サンプルを4種類使用する。細いプラ板を貼り付けたデコボコした板が2種類（粗い／細かい、デコボコセット）と、サンドペーパーが2種類（粗い／細かい、ザラザラセット）である。どちらのセットも粗い方をGo刺激とする。Go刺激が提示されたの場合に報酬ノズルを舌で舐める運動をすれば報酬が与えられる。20試行を1ブロックとし、ブロックの中ではデコボコセットのみ、あるいはザラザラセットのみのどちらかだけを使用する。1ブロックが終わるとで刺激サンプルのセットを切り替える。サブテーマ2について:上記行動実験を行いながら、記録されたニューロンに対し、単一細胞への電気穿孔法を用いてタグ淡白を発現するプラスミドの導入を実施する。運動皮質から感覚皮質や皮質下領域に伸びる軸索をタグ淡白によって標識し、脳ブロックの状態で組織透明化技術（Scale処理）を用い、効率よく大規模な軸索分布データを得る。サブテーマ3について:人工的な振動入力に対する末梢感覚神経の反応を調べる。ピエゾ刺激装置を用いてヒゲの先端を押すことによりヒゲ刺激とするが、基本的にサイン波状の刺激様式を用い、その周波数や振幅を変化させ、単一神経レベルでの反応特性を記録解析する。
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Research Products
(6 results)
