2017 Fiscal Year Annual Research Report
Elucidating the neural mechanism to generate the partial awareness by large-scaled neuron network analysis and circuit manipulation techniques in non-human primates
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26221003
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
伊佐 正 京都大学, 医学研究科, 教授 (20212805)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
小林 憲太 生理学研究所, 行動・代謝分子解析センター, 准教授 (70315662)
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| Project Period (FY) |
2014-05-30 – 2019-03-31
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| Keywords | 皮質脳波 / 霊長類 / 盲視 / 神経回路 / 意識 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
これまで、上丘をとりまく『膝状体外視覚系』という神経回路が担ってきた視覚は、一次視覚野損傷患者が「何かある感じ」と表現する「無意識の視覚」であると考えられてきているが、この神経回路がどのようにして外界のサリエントな視覚情報を検出してそれらに対して応答することができるのか、ということについては、一次視覚野損傷（盲視覚モデル）サルでの心理物理・神経生理学的研究、上丘・脳全体でのサリエントな刺激の検出機構の計算機モデリングという多様な手法を組み合わせて研究を推進してきた。 そしてPETによる盲視サルにおける視覚誘導性の眼球のサッケード運動にかかわる視覚運動変換関連領域の特定を行い、その一部に対する機能阻害実験によって機能的意義を検証した。また、盲視においても可能な認知機能の一例としての連合学習機構、とその回路機構を明らかにしてきた。
一方、この間に我々の研究室では、新たな技術革新（ウィルスベクター、多チャネルECoGによる大脳皮質の広範な領域からの活動記録技術）を取り入れ、これらの技術がニホンザルに適用できるレベルにまで到達したことで、多くの成果を挙げてきた。本研究課題では、これらの技術を実際の「盲視」という課題に適用し、様々な認知行動課題を訓練したサルにおいて、皮質脳波測定とウィルスベクターによる回路操作を組み合わせることにより、「何かある感じ」に相当する部分的意識が生じるメカニズムを解明するため、その機能を操作するという新たな研究課題に取り組む。
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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
１年９か月前に京都大学に研究室が異動し、これまでの間に、京都大学での実験環境は急ピッチで完成してきた。皮質脳波電極のデータ取得環境はすでに軌道に乗っていたが、新たな手術を行って、盲視サルを作成し、ECoG電極等の埋め込み手術を準備するため、マカクザルのMRI撮像がこれまで京都大学では行えなかったが、昨年度ようやくMRIとCT画像取得を行える環境を整え撮像を開始した。さらに、我々の目的に合わせ、十分に高解像度な脳画像を得るため、新たなマカクザル専用コイルも昨年度、導入した。そして、これまでは行ってこなかったCTスキャン画像との組み合わせ画像を用いる方法も導入・確立され、この１年間の大きな進歩により、これまで以上に正確な位置で、マカクザル前頭葉の広範な範囲に皮質脳波電極を埋め込む技術基盤や第一次視覚野損傷手術を行えるための環境を大きく前進させてきた。皮質脳波電極を十分に眼球運動測定プログラムを訓練されたサルの皮質に埋め込み、安静時、麻酔下、及び視覚誘導性サッケード運動や記憶誘導性サッケード運動などを遂行している際の脳活動を多チャンネルECoGや深部LFP電極などを用いて大規模な記録を取得することができた。現在、この活動記録を盲視ザルに導入し、Yeｓ－No課題によって動物の意識（気づき）を報告させることにも成功した。現在これらの動物の健常側と障害側を比較することを目指し、実験を進めている。特にサッケード運動遂行中の信号の流れをGranger causality等の手法で解析し障害視野において意識された視覚情報と意識されなかった視覚情報がどのように処理されているのかについて検討を加えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
今年度はまず、盲視モデルサルにおけるECoGを用いた大規模回路動態の解析を行う。部分的意識を解析するためのYes-No課題選択を訓練されたサルがすでに２頭できている。また、すでにデータの解析手段は確立しているので、これら視覚サッケード課題実験の訓練が整ったサルに対して、順次、電極の埋め込み、一次視覚野損傷、損傷前後や回復過程における電気生理学的データや行動解析データの取得と追跡、さらに、ここで得られる膨大なデータを新たな解析パラダイムに基づき、解析を行う。
その後、この大規模回路胴体の解析結果に基づき、この神経回路にウイルスベクターを用いた神経回路操作を行う予定である。昨年度、共同研究者の生理学研究所の小林先生との共同開発で、我々の研究室でサルの脳深部へ、非常に精密な位置にウイルスベクターを導入する技術が確立され、上丘や腹側被蓋野等これまではアクセスが困難だと思われてきた領野にウイルスベクターを的確に注入する回路操作技術を新たに確立することができた。さらにサルの経路選択的な回路操作に不可欠な逆行性ウイルスベクターの検索についても、ニホンザルの脳に最も適切なウイルスベクターを我々の研究室で検索してきた結果がほぼそろってきたため、皮質下の経路について、この強力なベクターを用いて回路操作を行うための準備は整いつつある。
この神経回路操作の結果をも踏まえたうえで、解析パラダイムの上に立って、最終的には、この課題における当初からの目標どおり、メタ認知(Yes-No)課題遂行時に観察される盲視の人が「何かある感じ」と表現する「部分的意識」が生じるメカニズムに迫る。
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Research Products
(5 results)
