The functional control of thalamostriatal circuit and the understand the mechanism of animal learning behavior

2017 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 25702053
• Research Institution: Fukushima Medical University
• Principal Investigator: 加藤 成樹 福島県立医科大学, 医学部, 講師 (90443879)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2018-03-31
• Keywords: 行動柔軟性 / 特定神経回路機能 / 視床線条体路

Outline of Annual Research Achievements

動物は自然界において、その場の状況に応じてた適切な行動を選択し、環境の様々な変化に対して迅速に行動を切り替える必要がある。これらの行動の制御は、多くの脳領域を連関する複雑な神経のネットワークが相互作用することによって発現すると考えられているが、その詳細な仕組みはほとんどわかっていない。視床のいくつかの神経核で構成される髄板内核は、これまで主に痛覚を媒介し、感覚機能を統御する脳領域であると考えられていたが、その役割はよく理解されていなかった。一方で、この神経細胞は、運動の制御や認知機能に関わる線条体と連絡することから、我々の研究グループは、視床髄板内核はこのような高次な脳機能に関わる可能性が高いと仮説を持ち、この検証のため、特定の神経回路の機能を操作する技術を利用して、視床髄板内核から線条体へ神経連絡する回路の機能を調べた。その結果、視床-線条体神経路の機能を選択的に除去および機能抑制をした動物において、学習や経験に基づく行動を実行する際にこの神経路が重要な役割を果たすことをオペラント行動課題を用いた行動実験によって明らかにした。また逆転学習課題などの試験によって、刺激やルールの変更に伴って行動を切り替える際の柔軟性を促進することを見出した。髄板内核はパーキンソン病等の脳神経疾患で変性することが知られており、今回の研究成果は、神経変性に関わる疾患の病態機序の解明や治療薬の開発に結び付くと考えられる。

Research Progress Status

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] MIT/Emory University/University of Kansas Medical Center(米国)
  • Country Name: U.S.A.
  • Counterpart Institution: MIT/Emory University/University of Kansas Medical Center
• [Int'l Joint Research] Navarra University(スペイン)
  • Country Name: SPAIN
  • Counterpart Institution: Navarra University
• [Int'l Joint Research] San Raffaele Scientific Institute(イタリア)
  • Country Name: ITALY
  • Counterpart Institution: San Raffaele Scientific Institute
• [Journal Article] Action Selection and Flexible Switching Controlled by the Intralaminar Thalamic Neurons. (2018)
  • Author(s): Kato S, Fukabori R, Nishizawa K, Okada K, Yoshioka N, Sugawara M, Maejima Y, Shimomura K, Okamoto M, Eifuku S, Kobayashi K.
  • Journal Title: Cell Rep. Volume: 22 Pages: 2370-2382
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2018.02.016.
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Anatomical Evidence for a Direct Projection from Purkinje Cells in the Mouse Cerebellar Vermis to Medial Parabrachial Nucleus. (2018)
  • Author(s): Hashimoto M, Yamanaka A, Kato S, Tanifuji M, Kobayashi K, Yaginuma H.
  • Journal Title: Front Neural Circuits. Volume: 12 Pages: 6
  • DOI: 10.3389/fncir.2018.00006. eCollection 2018.
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Copy number elevation of 22q11.2 genes arrests the developmental maturation of working memory capacity and adult hippocampal neurogenesis. (2018)
  • Author(s): Boku, S., Izumi, T., Abe, S., Takahashi, T., Nishi, A., Nomaru, H., Naka, Y., Kang, G., Nagashima, M., Hishimoto, A., Enomoto, S., Duran-Torres, G., Tanigaki, K., Zhang, J., Ye, K., Kato, S., Mannisto, PT., Kobayashi, K. and Hiroi, N.
  • Journal Title: Mol. Psychiatry Volume: 23 Pages: 985-992
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Gene therapy approaches in the non-human primate model of Parkinson’s disease. (2018)
  • Author(s): Pignataro, D., Sucunza, D., Rico, A., Dopeso-Reyes, I., Roda, E., Rodriguez-Perez, A., Labandeira-Garcia, J., Broccoli, V., Kato. S., Kobayashi, K. and Lanciego, J.
  • Journal Title: J Neural Transm. Volume: 125 Pages: 575-589
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Genetic manipulation of specific neural circuits by use of a viral vector system. (2018)
  • Author(s): Kobayashi, K., Kato, S. and Kobayashi, K.
  • Journal Title: J Neural Transm. Volume: 125 Pages: 67-75
  • DOI: 10.1007/s00702-016-1674-7.
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Segregated excitatory-inhibitory recurrent subnetworks in layer 5 of the rat frontal cortex. (2017)
  • Author(s): Morishima M, Kobayashi K, Kato S, Kobayashi K, Kawaguchi Y.
  • Journal Title: Cereb Cortex. Volume: 27 Pages: 5846-5857
  • DOI: 10.1093/cercor/bhx276.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Pseudotyped lentiviral vectors for retrograde gene delivery into target brain regions. (2017)
  • Author(s): Kobayashi, K., Inoue, K., Tanabe, S., Kato, S., Takada, M. and Kobayashi, K.
  • Journal Title: Front. Neuoanat. Volume: 11 Pages: 65
  • DOI: 10.3389/fnana.2017.00065.
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Neuronal cytoskeletal gene dysregulation and mechanical hypersensitivity in a rat model of Rett Syndrome. (2017)
  • Author(s): Bhattacherjee, A., Mu, Y., Winter, M., Knapp, J., Eggiman, L., Gunewardena, S., Kobayashi, K., Kato, S., Krizsan-Agbas, D. and Smith, P.
  • Journal Title: PNAS Volume: 114 Pages: E6952-E6961
  • DOI: 10.1073/pnas.1618210114.
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] Behavioral selection and flexible switching through thalamostriatal circuit. (2017)
  • Author(s): Shigeki KATO
  • Organizer: International Workshop on Basal Ganglia Functions 2017
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Thalamostriatal circuit controls action selection and flexible switching in learning behavior. (2017)
  • Author(s): Shigeki KATO
  • Organizer: 平成29年度第2回大脳基底核機能研究会
  • Invited
• [Presentation] 行動選択および行動柔軟性における視床-線条体路の機能解析 (2017)
  • Author(s): 加藤 成樹, 小林 和人
  • Organizer: 第40回日本分子生物学会
• [Presentation] Optimizing the junction of chimeric fusion glycoprotein of a lentiviral vector for highly neuron-specific retrograde gene transfer. (2017)
  • Author(s): Shigeki KATO, Masateru Sugawara and Kazuto KOBAYASHI
  • Organizer: 第40回日本神経科学大会