脊髄損傷後の運動機能回復における側坐核の役割；意欲と可塑性の神経・分子基盤の解明

2014 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 24300196
• Research Institution: The Institute of Physical and Chemical Research
• Principal Investigator: 尾上 浩隆 独立行政法人理化学研究所, ライフサイエンス技術基盤研究センター, グループディレクター (80214196)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 小島 俊男 豊橋技術科学大学, 学内共同利用施設等, 教授 (00311340) ; 山中 創 独立行政法人理化学研究所, ライフサイエンス技術基盤研究センター, 特別研究員 (10415573) ; 林 拓也 独立行政法人理化学研究所, ライフサイエンス技術基盤研究センター, ユニットリーダー (50372115) ; 角元 恭子 独立行政法人理化学研究所, ライフサイエンス技術基盤研究センター, 研究員 (00442583)
• Project Period (FY): 2012-04-01 – 2016-03-31
• Keywords: 脊髄損傷 / 拡散テンソル画像 / PET / 側坐核 / 精密把持 / マカクサル / セロトニン

Outline of Annual Research Achievements

本研究課題では、本研究課題では、マカクサルの脊髄損傷後の機能回復過程における側坐核の役割について検証し、その神経・分子機構を明らかにするために、脊髄損傷後の回復過程に対する影響を拡散テンソル画像(DTI)およびPET分子イメージングにより解析し、損傷後の回復過程における脳局所の神経繊維連絡の変化やドーパミン、セロトニン神経伝達の変化を明らかにする。また、イメージングにより同定された特定領域における遺伝子発現変化をDNAマイクロアレーにより解析し、可塑的変化に関わる分子を同定する。さらに、側坐核へ直接の電気刺激や薬物注入を行うことで、手の巧緻運動の機能回復に対する側坐核の影響を明らかにし、イメージングに基づいた新しいニューロリハビリテンション法を創生することを目的にしている。これまで拡散テンソル画像(DTI)を用いたリハビリ前後の神経繊維連絡の解析を行ってきたが、回復過程の個体間のバラツキやSN比の問題などがあり現在までの解析では有意な神経繊維連絡の変化は得られなかった。そのため平成26年度は、脊髄損傷前後の側坐核と運動野の神経連絡の変化を、深部電極と多チャンネルECoGにより測定し、情報の時空間分布を明らかにするとともに、Granger causality analysis 法を用いて因果解析を行った。また、機能回復過程における側坐核の活性化の意味について明らかにするために、脊髄損傷前および脊髄損傷後の回復期の初期、回復期にムシモールを側坐核に局所投与して手の巧緻運動への影響を検討した。その結果、脊髄損傷後の回復期早期には、損傷前には認められなかった側坐核から知覚運動野への情報の流れが生じ、手の巧緻運動が十分に回復した後期にはそれは認められなくなること、また、ムシモールの側坐核への局所投与は、脊髄損傷前には影響しないが、損傷後の回復期の初期に投与すると回復中の手の巧緻運動に影響し、後期には影響しなくなることが確認された。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

研究計画のうち、イメージングにより同定された特定領域における遺伝子発現変化をDNAマイクロアレーにより解析し可塑的変化に関わる分子を同定する実験ができていない。

Strategy for Future Research Activity

拡散テンソル画像(DTI)を用いたリハビリ前後の神経繊維連絡の解析、回復過程の個体間のバラツキやSN比の問題などがあり有意な結果が得られていないことから、深部電極と多チャンネルECoGにより測定し情報の時空間分布や因果性について解析する実験にシフトする。

Causes of Carryover

平成26年度にサルのモデルを作成し、イメージング実験を行う予定であったが、AAVベクターの作成が遅れたために、サルへの投与が年度末になってしまった。このサルのイメージング評価を平成27年度に行いたい。

Expenditure Plan for Carryover Budget

平成26年度末に作成したサルのモデルのイメージング実験のための費用、並びに同じ実験を別のサルでも行うために、サルの購入費用、およびAAVベクターの作成費用、細胞評価実験や免疫組織のための費用などに使用する。

Research Products

• [Presentation] Ketamine acts on 5-HT1B receptors in the nucleus accumbens and ventral pallidum: a possible role for its antidepressant action (2014)
  • Author(s): Hajime Yamanaka, Chihiro Yokoyama, Hiroshi Mizuma, Hisashi Doi, Sjoerd J Finnema, Christer Halldin, Hirotaka Onoe
  • Organizer: Neuroscience 2014
  • Place of Presentation: the Walter E. Washington Convention Center, Washington DC, USA
  • Year and Date: 2014-11-18 – 2014-11-18
• [Presentation] Increase in 5-HT1B receptors in nucleus accumbens and ventral pallidum by ketamine as its possible mechanism of antidepressant action: PET study with rhesus monkeys (2014)
  • Author(s): Hirotaka Onoe, Hajime Yamanaka, Chihiro Yokoyama, Hiroshi Mizuma, S. J. Finnema, Hisashi Doi, C. Halldin,
  • Organizer: EANM Congress 2014
  • Place of Presentation: The Swedish Exhibition & Congress Centre, Gothenburg, Sweden
  • Year and Date: 2014-10-20 – 2014-10-20
• [Presentation] 脊髄損傷からの回復過程における皮質脊髄路の再編 (2014)
  • Author(s): 澤田 真寛，吉野－斎藤 紀美香，二宮 太平，大石 高生，山下 俊英，高田 昌彦，尾上 浩隆， 西村 幸男，伊佐 正
  • Organizer: 第37回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜, 横浜
  • Year and Date: 2014-09-12 – 2014-09-12
• [Presentation] Ketamine Act As an Antidepressant : Involvement of Nucleus Accumbens and Ventral Pallidum 5-HT1B Receptors (2014)
  • Author(s): Hajime Yamanaka, Chihiro Yokoyama, Hisashi Doi, Christer Halldin, Hirotaka Onoe
  • Organizer: 第３７回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜, 横浜
  • Year and Date: 2014-09-12 – 2014-09-12
• [Presentation] ケタミンの抗うつ作用メカニズムに側坐核と腹側淡蒼球のセロトニン１Bレセプターが関与する可能性―マカクザルを用いたPET研究― (2014)
  • Author(s): 山中創, 横山ちひろ, 水間広, 大野正裕, 武田千穂, 森智子, Sjoerd J Finnema, Christer Halldin, 土居久志, 尾上浩隆
  • Organizer: 第９回日本分子イメージング学会
  • Place of Presentation: 千里ライフサイエンスセンター, 大阪
  • Year and Date: 2014-05-22 – 2014-05-22