霊長類の大規模神経回路活動記録・操作法による部分的意識の生成機構の解明

2014 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 26221003
• Research Institution: National Institute for Physiological Sciences
• Principal Investigator: 伊佐 正 生理学研究所, 発達生理学研究系, 教授 (20212805)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 小林 憲太 生理学研究所, 脳機能計測・支援センター, 准教授 (70315662)
• Project Period (FY): 2014-05-30 – 2019-03-31
• Keywords: 盲視 / 部分的意識 / 霊長類 / 大規模回路記録 / 上丘 / 膝状体外視覚経路 / 皮質脳波 / 一次視覚野損傷

Outline of Annual Research Achievements

一次視覚野損傷を行ったサルにおいて視覚誘導性サッケード運動を行っているサルのサッケード運動関連脳賦活をPETによって観察したところ、損傷前は一次視覚野を中心とする初期視覚野やSTP野、そして前頭眼野の腹側部を中心に賦活が見られたのに対し、片側損傷回復後は、損傷側では上丘ー視床枕に活動の上昇が観察され、さらに頭頂連合野LIP野や背外側前頭葉皮質に両側性に活性化がみられ、盲視における視覚運動変換系の概要がわかってきた。とくに初期視覚処理段階において、外側膝状体からMT野への投射経路が重要であるという説(Schmid et al. 2010)が最近出されているが、我々は、上丘から視床枕を介してLIP野へ投射する経路が重要であると考え、視床枕にムシモルを注入すると、サッケードは顕著に障害された。また、ウィルスベクター２重感染法によって上丘ー視床枕経路を可逆的・選択的に遮断してもサッケードの成功率は低下した。これらの結果から、盲視における視覚情報処理に少なくとも一部は上丘ー視床枕経路が関わることを証明できた。
さらに、このようなサルに視覚的な意識が生じているかどうかを解析するため、Yes-No detection課題を行い、行動データを信号検出理論を用いて解析したところ、盲視においてはsensitivityの低下が見られ、これは健常視野における閾値付近の視覚刺激に対する応答とは異なること、そしてこの結果は視覚的意識が生じていないヒトの盲視患者の所見と類似していることから、一次視覚野損傷による盲視サルも視覚的意識を有していないことが明らかになった。
また、全脳記録用の多チャンネル(192ch)ECoG電極を試作した。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

盲視における視覚運動変換系の脳機能イメージングによる可視化、信号検出理論による視覚的意識の解析が順調に進捗した。さらに全脳記録用の多チャンネル(192ch)ECoG電極を試作することができた。

Strategy for Future Research Activity

今後、サルにおける全脳型ECoG電極（既に作成済み）をサルに慢性的に埋め込み、視覚運動性サッケード課題やYes-No detection課題遂行中の脳活動を記録し、解析する手法を確立する。どの後、一次視覚野を損傷して盲視モデルとし、部分的意識が生じる場合と生じない場合の違いを全脳的な回路ダイナミクスの違いとして理解する研究を推進する。

Research Products

• [Journal Article] Distinct local circuit properties of the superficial and intermediate layers of the rodent superior colliculus. (2014)
  • Author(s): Phongphanphanee, P., Marino, R., Kaneda, K., Yanagawa, Y., Munoz, D.P. and Isa, T.
  • Journal Title: Eur J Neurosci Volume: 40 Pages: 2329-2343
  • DOI: 10.1111/ejn.12579
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Brain-machine interface to control a prosthetic arm with monkey ECoGs during periodic movements. (2014)
  • Author(s): Morishita S, Sato K, Watanabe H, Nishimura Y, Isa T, Kato R, Nakamura T, Yokoi H.
  • Journal Title: Front Neurosci. Volume: 8 Pages: 417
  • DOI: 10.3389/fnins.2014.00417.
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Reconstruction of intracortical whisker-evoked local field potential from electrocorticogram using a model trained for spontaneous activity in the rat barrel cortex. (2014)
  • Author(s): Watanabe H, Sakatani T, Suzuki T, Sato MA, Nishimura Y, Nambu A, Kawato M, Isa T.
  • Journal Title: Neurosci Res Volume: 87 Pages: 40-48
  • DOI: 10.1016/j.neures.2014.06.010.
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Proprioceptive information coded by populational sensory afferents. (2014)
  • Author(s): Umeda T, Isa T and Nishimura Y.
  • Journal Title: J Phys Fitness Sports Med Volume: 3（5） Pages: 477-482
  • DOI: 10.7600/jpfsm.3.477.2014/7/6
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Decoding of the spike timing of primary afferents during voluntary arm movements in monkeys. (2014)
  • Author(s): Umeda T, Watanabe H, Sato MA, Kawato M, Isa T, Nishimura Y
  • Journal Title: Front Neurosci, Volume: 8 Pages: 97
  • DOI: 10.3389/fnins.2014.00097.
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Comparative analyses of adeno-associated viral vector serotypes 1, 2, 5, 8 and 9 in marmoset, mouse and macaque cerebral cortex. (2014)
  • Author(s): Watakabe A, Ohtsuka M, Kinoshita M, Takaji M, Isa K, Mizukami H, Ozawa K, Isa T, Yamamori T
  • Journal Title: Neurosci Res Volume: 93 Pages: 144-157
  • DOI: 10.1016/j.neures.2014.09.002.
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Decoding grasp force profile from electrocorticography signals in non-human primate sensorimotor cortex. (2014)
  • Author(s): Chen C, Shin D, Watanabe H, Nakanishi Y, Nakanishi Y, Kambara H, Yoshimura N, Nambu A, Isa T, Nishimura Y, Koike Y.
  • Journal Title: Neurosci Res Volume: 83 Pages: 1-7
  • DOI: 10.1016/j.neures.2014.03.010.
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] 視線計測による認知機能の解析 (2015)
  • Author(s): 伊佐 正
  • Organizer: 第10回日本統合失調症学会
  • Place of Presentation: 都市センターホテル（東京都、千代田区）
  • Year and Date: 2015-03-28 – 2015-03-28
• [Presentation] Meso-limbic outflow toward descending motor pathways in monkeys (2015)
  • Author(s): Michiaki Suzuki, Masahiro Sawada, Tadashi Isa, Yukio Nishimura
  • Organizer: 第92回日本生理学会大会
  • Place of Presentation: 神戸国際会議場（兵庫県、神戸市）
  • Year and Date: 2015-03-23 – 2015-03-23
• [Presentation] 脊髄損傷からの回復過程において側坐核は運動関連皮質を活性化する (2015)
  • Author(s): 澤田真寛、加藤健治、尾上浩隆、伊佐正、西村幸男
  • Organizer: 生理研・新潟大脳研合同シンポジム
  • Place of Presentation: 新潟大学（新潟県、新潟市）
  • Year and Date: 2015-03-04 – 2015-03-04
• [Presentation] Large-scaled network reorganization during recovery from partial spinal cord injury (2015)
  • Author(s): 伊佐 正
  • Organizer: 第4回玉川大学脳科学研究所リトリート
  • Place of Presentation: 湯本冨士屋ホテル（神奈川県、箱根町）
  • Year and Date: 2015-02-27 – 2015-02-27
  • Invited
• [Presentation] 霊長類モデルを用いた脊髄損傷からの機能回復メカニズムに関する多元的研究 (2015)
  • Author(s): 伊佐 正
  • Organizer: 第6回日本安全性薬理研究会
  • Place of Presentation: 東京大学弥生講堂一条ホール（東京都、文京区）
  • Year and Date: 2015-02-21 – 2015-02-21
• [Presentation] 痛みと認知 (2015)
  • Author(s): 伊佐 正
  • Organizer: 第20回スパインフロンティア
  • Place of Presentation: 中部国際空港セントレア内会議室（愛知県、岡崎市）
  • Year and Date: 2015-01-31 – 2015-01-31
• [Presentation] Neural mechanism of recovery of forelimb movements after stroke (2014)
  • Author(s): Isa T
  • Organizer: 2nd CU-NIPS Symposium
  • Place of Presentation: Chulalongkorn University（Bangkok,Thailand)
  • Year and Date: 2014-12-22 – 2014-12-22
• [Presentation] Two-photon imaging of lateral interaction in the superificla layer of the superior colliculus (2014)
  • Author(s): Kasai M, Isa T
  • Organizer: NBNI2014
  • Place of Presentation: 岡崎コンファレンスセンター（愛知県、岡崎市）
  • Year and Date: 2014-12-18 – 2014-12-18
• [Presentation] Acquiring effective behaviors by secondary reinforcer in blindsight monkeys (2014)
  • Author(s): Rikako Kato, Norihiro Takakuwa, Abdelhafid Zeghbib, Peter Redgrave, Tadashi Isa
  • Organizer: VMT2014
  • Place of Presentation: 伊藤国際学術研究センター（東京都、文京区）
  • Year and Date: 2014-12-06 – 2014-12-06
• [Presentation] Responses of midbrain dopamine neurons to conditioned stimuli presented in the V1 lesion-affected visual field (2014)
  • Author(s): Norihiro Takakuwa, Rikako Kato, Peter Redgrave, Tadashi Isa
  • Organizer: VMT2014
  • Place of Presentation: 伊藤国際学術研究センター（東京都、文京区）
  • Year and Date: 2014-12-06 – 2014-12-06
• [Presentation] The Brain is Needed to Cure Spinal Cord Injury CME (2014)
  • Author(s): Isa T
  • Organizer: Neuroscience2014
  • Place of Presentation: Walter E. Washington Convention Center（Washington,USA)
  • Year and Date: 2014-11-17 – 2014-11-17
  • Invited
• [Presentation] Large-scale spiking neuron simulations of spatio-temporal dynamics in superior colliculus (2014)
  • Author(s): Veale R, Isa T, Yoshida M.
  • Organizer: Neuroscience2014
  • Place of Presentation: Walter E. Washington Convention Center（Washington,USA)
  • Year and Date: 2014-11-17 – 2014-11-17
• [Presentation] Two-photon imaging of lateral interaction in the superificla layer of the superior colliculus (2014)
  • Author(s): Kasai M, Isa T
  • Organizer: Neuroscience2014
  • Place of Presentation: Walter E. Washington Convention Center（Washington,USA)
  • Year and Date: 2014-11-17 – 2014-11-17
• [Presentation] 脳・脊髄損傷後の回復過程での大規模回路再編 (2014)
  • Author(s): 伊佐 正
  • Organizer: 第30回Ｗａｋｏワークショップ「神経回路の生理と病態-精神疾患の病態基盤の解明を目指して」
  • Place of Presentation: 東京コンファレンスセンター品川（東京都、港区）
  • Year and Date: 2014-11-06 – 2014-11-06
  • Invited
• [Presentation] Visual instrumental learning in blindsight monkeys. (2014)
  • Author(s): Isa T
  • Organizer: 4th CIN-NIPS Joint Symposium
  • Place of Presentation: Tubingen University（Tubingen,Germany)
  • Year and Date: 2014-10-06 – 2014-10-06
  • Invited
• [Presentation] Large-scaled network reorganization through post-injury functional recovery. (2014)
  • Author(s): Isa T
  • Organizer: 2nd INT neuroscience conference
  • Place of Presentation: Institut de Neuroscience de la Timone ( Marseille, France）
  • Year and Date: 2014-10-03 – 2014-10-03
  • Invited
• [Presentation] 「無意識の視覚系」の実体を求めて (2014)
  • Author(s): 伊佐 正
  • Organizer: 応用脳科学アカデミー
  • Place of Presentation: NTT データ INFORIUM 豊洲イノベーションセンター（東京都、江東区）
  • Year and Date: 2014-09-25 – 2014-09-25
  • Invited
• [Presentation] Large-scaled network reorganization during recovery from partial spinal cord injury. (2014)
  • Author(s): Isa T
  • Organizer: 北京大学セミナー
  • Place of Presentation: 北京大学（中国、北京）
  • Year and Date: 2014-09-23 – 2014-09-23
  • Invited
• [Presentation] Circuit dissection for causal neuroscience studies (2014)
  • Author(s): 伊佐 正
  • Organizer: 脳と心のメカニズム第15回夏のワークショップ
  • Place of Presentation: 学術総合センター・一橋講堂(東京都、千代田区）
  • Year and Date: 2014-09-14 – 2014-09-14
• [Presentation] Computer simulation of superior colliculus dynamics using spiking neural circuit models (2014)
  • Author(s): Richard Veale, Tadashi Isa, Masatoshi Yoshida
  • Organizer: 第37回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜（神奈川、横浜市）
  • Year and Date: 2014-09-13 – 2014-09-13
• [Presentation] 内包出血後の麻痺肢集中使用法による前肢巧緻運動の改善には皮質赤核路が寄与する (2014)
  • Author(s): 石田章真、伊佐かおる、小林憲太、梅田達也、伊佐正、 飛田秀樹
  • Organizer: 第37回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜（神奈川県、横浜市）
  • Year and Date: 2014-09-13 – 2014-09-13
• [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-斉藤紀美香、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（神奈川県、横浜市）
  • Year and Date: 2014-09-12 – 2014-09-12
• [Presentation] 意識に上らない視覚二次強化因子による行動価値の重み付けと内部状態の遷移 (2014)
  • Author(s): 加藤利佳子、高桑徳宏、Abdelhafid Zeghbib、 Peter Redgrave、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（神奈川県、横浜市）
  • Year and Date: 2014-09-12 – 2014-09-12
• [Presentation] 皮質盲の視野に提示された条件刺激に対する中脳ドーパミンニューロンの応答 (2014)
  • Author(s): 高桑徳宏、加藤利佳子、Peter Redgrave、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（神奈川県、横浜市）
  • Year and Date: 2014-09-12 – 2014-09-12
• [Presentation] 2光子顕微鏡による上丘浅層の側方抑制システムの解明 (2014)
  • Author(s): 笠井昌俊、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（神奈川県、横浜市）
  • Year and Date: 2014-09-11 – 2014-09-11
• [Presentation] 霊長類の脳科学の過去・現在・未来 (2014)
  • Author(s): 伊佐 正
  • Organizer: ワークショップ「システム神経科学の将来展望」
  • Place of Presentation: 舘山寺温泉・ホテル鞠水亭（静岡県、浜松市）
  • Year and Date: 2014-08-30 – 2014-08-30
• [Presentation] Phase and Magnitude Spatiotemporal Dynamics of beta Oscillation in Electrocorticography (ECoG) in the Monkey Motor Cortex at the Onset of 3D Reaching Movements (I) (2014)
  • Author(s): Hidenori Watanabe, Kazutaka Takahashi, Yukio Nishimura, Tadashi Isa
  • Organizer: IEEE EMBC2014
  • Place of Presentation: シカゴ（USA）
  • Year and Date: 2014-08-29 – 2014-08-29
• [Presentation] Large-scale spiking circuit simulation of spatio-temporal dynamics in superior colliculus. (2014)
  • Author(s): Richard Veale, Tadashi Isa, Masatoshi Yoshida
  • Organizer: CNS2014
  • Place of Presentation: ケベック（カナダ）
  • Year and Date: 2014-07-25 – 2014-07-25
• [Presentation] Contribution of propriospinal neurons to recovery of hand dexterity after a corticospinal tract (2014)
  • Author(s): T.Tohyama, M.Kinoshita, R.Matsui, S.Kato, K.Isa, D.Watanabe, K.Kobayashi, M.Liu, T.Isa
  • Organizer: 9th FENS Forum of Neuroscience
  • Place of Presentation: MiCo - Milano Congressi (Milan,Italy)
  • Year and Date: 2014-07-08 – 2014-07-08
• [Presentation] 障害脳が示す多様な能力 (2014)
  • Author(s): 伊佐 正
  • Organizer: 第29回奈良脳神経ネットワーク研究会
  • Place of Presentation: 奈良県立医科大学（奈良県、奈良市）
  • Year and Date: 2014-07-04 – 2014-07-04
  • Invited
• [Presentation] Two-photon imaging of lateral interaction in the superficial superior colliculus (2014)
  • Author(s): Masatoshi Kasai, Tadashi Isa
  • Organizer: 日韓シンポジウム
  • Place of Presentation: 岡崎コンファレンスセンター（愛知県、岡崎市）
  • Year and Date: 2014-07-01 – 2014-07-01
• [Presentation] Large-Scaled Network Reorganization through Functional Recovery after Partial Spinal Cord Injury; Spinal Cord, Cortex and Beyond (2014)
  • Author(s): Isa T
  • Organizer: Physiology Symposium 2014 & Joint Scientific Conference of The Hong Kong Society of Neurosciences & The Biophysical Society of Hong Kong
  • Place of Presentation: The University of Hong Kong（Hong Kong)
  • Year and Date: 2014-06-12 – 2014-06-12
  • Invited
• [Presentation] マウス上丘浅層におけるニューロン集団活動の空間的解析 (2014)
  • Author(s): 笠井昌俊，伊佐正
  • Organizer: バイオイメージ・インフォマティクスワークショップ２０１４
  • Place of Presentation: 岡崎コンファレンスセンター（愛知県、岡崎市）
  • Year and Date: 2014-06-09 – 2014-06-09
• [Book] Clinical Neuroscience (2014)
  • Author(s): 西村幸男,伊佐 正
  • Total Pages: 4（773-776）
  • Publisher: 中外医学社
• [Book] 脊髄外科 (2014)
  • Author(s): 澤田真寛,加藤健治,尾上浩隆,伊佐 正,西村幸男
  • Total Pages: 3（77-79）
  • Publisher: 日本脊髄外科学会