2016 Fiscal Year Annual Research Report
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26250013
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| Research Institution | National Center of Neurology and Psychiatry |
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Principal Investigator |
関 和彦 国立研究開発法人国立精神・神経医療研究センター, 神経研究所 モデル動物開発研究部, 部長 (00226630)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
太田 淳 奈良先端科学技術大学院大学, 物質創成科学研究科, 教授 (80304161)
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| Project Period (FY) |
2014-06-27 – 2018-03-31
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| Keywords | 脊髄介在ニューロン / ミラーニューロン / 筋シナジー / シナプス前抑制 / 光遺伝学 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、随意運動制御の際の感覚運動統合において、上位中枢と脊髄の連関が持つ役割について明らかにする事が目的であった。第一の課題は、脊髄介在ニューロンと運動ニューロンとの関係性において表現されている筋協調パタンを、異なる脊髄下降路がそれぞれどのように利用して随意筋活動を生成しているのかについて明らかにする事であった。本年度も引き続き赤核脊髄路細胞に注目して、特に神経活動の時間的変化と筋シナジーの時間要素の関連性について解析を進めるとともに、２頭目のサルの訓練を行なった。第二に、脊髄における把握運動ニューロンやミラーニューロン様活動の意義を明らかにする事を目的にした。本年度は特に感覚誘発電位に注目し、筋神経及び皮膚神経刺激にたいする皮質一次感覚領域の活動変化に注目して実験を行った。筋神経と皮膚神経入力は皮質レベルでは運動中に異なった修飾を受けることが明らかになった。これらと脊髄上行路との関連性が今後の課題となる。また当該領域にミラー活動が少ないことを明らかにした。第三に、随意運動の制御における中枢神経系への末梢感覚フィードバックの役割の一部を、光遺伝学による一次求心神経活動の選択的遮断などによって明らかにし、フィードバックの制御がシナプス前抑制によって行われている事を証明する事であった。今年度は、遺伝子導入方法及び光刺激方法に大きな進歩が見られ、より多くのDRG細胞を光刺激によって制御できるようになった。シナプス前抑制に関しては、筋紡錘から脊髄への感覚入力は運動時に主に脱抑制を受けることが明らかになった。さらに、生体内埋植を目指した光刺激プローブとして超小型光刺激デバイスの開発を進めた．具体的には，フレキシブル基板上に実装した超小型青色LEDによるデバイスとフレキシブルワイヤに直接超小型青色LEDを接続したデバイスの2種類を開発した．
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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
【研究項目1】1頭のサルにおいて手指筋から体幹筋まで広い範囲の筋が使われる行動課題を訓練し、その際の赤核ニューロン活動を記録し、筋電図のspike-triggered averagingによって運動ニューロンに投射のあるpremotor ニューロンを同定する。その後、個々のニューロン活動の時間変動と筋シナジーの時間要素の関係性を解析し、赤核ニューロンは全体としては筋活動の時間要素構成に貢献しない可能性が示された。一方２頭目の訓練が遅れており、この項目はやや遅れが見られる。【研究項目2】サル神経活動慢性記録用のチェインバーが外れるなど動物サイドのトラブルがあったが、脊髄ニューロンを直接評価するのでなくその出力系の評価に切り替えることにより実験を継続できた。特に３a領域の感覚制御機構は新たな知見である。【研究項目３】サル手首運動中の筋神経入力へのシナプス前抑制の動態を定量化する目的である。筋神経へのシナプス前抑制の動態を明らかにできたこと、またDRGへの光刺激が慢性実験で用いることのできるレベルまで改良できたことなど、この項目は予想以上に進展した。デバイス開発ではこれまでレキシブル基板上に実装した超小型青色LEDによるデバイスとフレキシブルワイヤに直接超小型青色LEDを接続したデバイスの2種類の開発に成功し，実際にマウス，ラットへの埋植を行った．またKoshianを使ったBluetoothモジュールによるLEDのON/OFF制御に成功した．ボタン電池を用いることでラットへの搭載が可能である．
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度も手術時の事故などのため律速因子があったが、全体的にはほぼ計画通りに進める事ができた。今後、研究項目1では動物訓練を加速させて赤核脊髄路細胞に関する論文化を目指すとともに、皮質との関連性など複数下降路機能を包括的に議論するデータ・セットを構築する。研究項目2では皮質初期感覚領での２頭目の記録を進めるとともに、脳幹や脊髄におけるミラーニューロンや誘発刺激効果の評価を進める。研究項目３では、シナプス前抑制に関する研究成果を論文し、また光遺伝学的手法をマカクサルに移行する。デバイス開発では現在マウス，ラットへの埋植が可能なことを確認している．今後は実際に開発した光刺激プローブを使って生体における光刺激への応用に展開をしていく予定である．またワイヤレスモジュールのラット等への搭載についても検討を進めていく予定である．
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