Striatal plasticity during the earliest stage in motor coordination

2016 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 25430009
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 木津川 尚史 大阪大学, 生命機能研究科, 准教授 (10311193)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2017-03-31
• Keywords: ステップホイール / マウス / 走行

Outline of Annual Research Achievements

体のバランス維持は運動を潤滑に遂行するために重要な要素である。体の左右のバランスをとるためには、左右の脳が連携して動作することが必須である。そのために、左右の脳をつなぐ交連線維とそれをもたらす交連神経細胞が重要な機能を果たしていると考えられる。脳の交連神経細胞の中で、最も上位中枢に存在するものの一つが大脳皮質線条体交連神経細胞（交連神経細胞）である。しかし、その運動における機能はほとんど明らかになっていない。そこで、ステップホイール装置において複雑なステップパターンで走行するマウスの大脳皮質から、この交連神経細胞を同定することを行った。ステップホイールでは、マウスは複雑な間隔で左右バラバラに配置された足場ペグの配列にしたがってバランスを取りながらステップすることを要求される。大脳皮質の神経細胞にチャネルロドプシン２（ChR2）を発現させ、その投射先である反対側の線条体を刺激することにより、交連神経細胞を同定した。その交連神経細胞がステップホイール走行時にどのように活動するかについて、ステップホイールを走行するマウスの大脳基底核線条体から神経活動の記録を行って解析した。その結果、交連神経細胞のなかに反対側のペグの配置に依存して活動する神経細胞集団が存在することが明らかになった。また、c-Fosの発現を指標にした活動解析の結果、これらの細胞はペグのパターンが変更された直後に活動が亢進することが示唆された。
また、線条体神経細胞についても、ペグのパターン変更直後に活動が亢進することが明らかになり、線条体神経活動の可塑性が運動の制御に関与している可能性が示された。そこで、線条体にNMDA型グルタミン酸レセプターの阻害薬AP5を投与してマウスの走行を解析したところ、ペグパターン変更直後に成績が低下することが見いだされた。

Research Products

• [Journal Article] Learning new sequential stepping patterns requires striatal plasticity during the earliest phase of acquisition (2017)
  • Author(s): Nakamura, T., Nagata, M., Yagi, T., Graybiel, AM., Yamamori, T., Kitsukawa, T.
  • Journal Title: Eur J Neurosci. Volume: 45 Pages: 901-911
  • DOI: doi: 10.1111/ejn.13537
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant