2014 Fiscal Year Research-status Report
多重電極・電流源解析によるサル前頭葉層構造マップの作成
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26350991
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
坂本 一寛 東北大学, 電気通信研究所, 助教 (80261569)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | サル / 前頭葉 / 多重電極 / 局所電場電位 / 電流源解析 / 生理学的マップ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
最新の多重電極（１本の電極に多数の記録点が正確な間隔で配置された電極）を用い、覚醒ザル前頭葉諸領野から脳波と同じ比較的遅い周波数成分（数Hz～数百Hz）の神経活動である局所電場電位（以下LFP）を多点記録し、隣り合う記録点間でLFPの２階差分を計算すると、電流源密度（CSD）推定することができる。電流の流れ込みは、主にその部位へのシナプス入力を反映していると考えられているが、本研究では、流れ込み位置を同定することにより、これまで行われたことのない“入力”に基づく生理学的３次元マッピングを行う。これにより、これまで知られていなかった新たな皮質領野の区分が発見されると期待され、今後の前頭葉機能解明の大きな基盤になると期待される。
大脳の領野区分を明らかにするには、それらの領野の機能と関連する行動課題遂行中の脳活動を解析する必要がある。前頭葉は作業記憶や予測、意思決定、行動準備等に関わっていると考えられているが、これらの認知・行動要因を要求する形操作課題遂行中のLFPについて解析を行った。平成26年度は、特に、外側前頭前野から記録されたLFPについて解析した。その結果、最初に提示される形（サンプル形状）の出現直前に、皮質層構造の深い層で興奮性のシナプス入力を反映すると考えられる電流の流れ込みが観察された。これは、サンプル形状出現を予測していることと関連すると思われる。さらに、この電流の流れ込みのウェーブレット解析を行うと、この成分はδ～θ～α帯域の成分を持つことが明らかとなった。記録した部位は、腹外側前頭前野の８野、４６野、４５野にまたがる領域であったが、上記のLFP-CSDパタンは、これらの領野を明瞭に区別した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
現在まで、前頭前野におけるシナプス入力に基づく生理学的３次元マップを得ることに成功した。特に、ウェーブレット解析を用い、課題に伴う周波数の時間変化を追うことによっても、予想以上にマッピングが可能であることが分かった。この点は、LFPや脳波は、体積伝導により電位が空間的に広がり、そのため、LFPの周波数マッピング等によっては詳細な機能構造は明らかにならない、という従来の見方を覆す可能性を秘めている。また、局所電場電位（以下、LFP）の２階空間差分を取るという古典的な電流源密度（以下、CSD）解析の持つ理論的な欠陥を埋める手法、つまり、電流源の推定を逆問題として捉えたより高度なCSD解析法についても、その手法を確立し、実験データに適用することが可能となった。この点も、データの信頼性を上げるという意味で、予想を上回る成果であった。また、予備的ながら、運動前野のLFPウェーブレット解析も、その領野の周囲の領野との詳細な違いを反映する予備的な結果も得られており、この点も、予想を上回るものであった。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、運動前野における局所電場電位（以下、LFP）の電流源密度（以下、CSD）解析およびウェーブレット解析による生理学的３次元マッピングや、得られた結果と伝統的な神経細胞の発火特性に基づくマッピングとの比較を行う予定である。また、これらの結果をサポートするためのものとして、局所神経回路活動の時空間パタンをラベルフリー（蛍光を発生させるために遺伝子を改変したり有毒な色素を注入したりする必要がない手法）にイメージングするための手法の確立、更には、皮質層構造に水平に多重電極を刺すことによるカラム構造の有無の検証等を推進する予定である。以上を持って、前頭葉、特に前頭前野と運動前野の生理学的３次元マッピングを行い、新しい生理学の潮流の一つを確立したい。
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| Causes of Carryover |
多重電極をもう１本購入予定であったが、その他の費用がかさんでしまった。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
次年度使用額は、多重電極の購入費用の一部に充てる予定である。
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