パーキンソン病サルモデルの多領域多点同時記録による集団発振現象および同期化の探索

2017 Fiscal Year Annual Research Report

• Project Area: Non-linear Neuro-oscillology: Towards Integrative Understanding of Human Nature
• Project/Area Number: 16H01611
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 高田 昌彦 京都大学, 霊長類研究所, 教授 (00236233)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2018-03-31
• Keywords: パーキンソン病 / 大脳皮質―大脳基底核―視床回路 / 小脳 / ネットワーク活動 / 霊長類

Outline of Annual Research Achievements

１．「サルの課題トレーニング、記録部位の同定、およびコントロールデータの取得」、２．「パーキンソン病サルモデルの作製およびモデルにおける多領域多点同時記録」、３．「多領域多点同時記録データの解析：各領域における活動変化」の３つの研究計画を実施し、以下のような研究成果を得た。
MPTP投与によって作製したパーキンソン病サルモデルから、安静時およびボタン押し課題遂行中における大脳皮質、大脳基底核、小脳から神経活動（主にLFP）の多領域多点同時記録を実施した結果、パーキンソン病モデルの小脳からベータ波の過活動を検出し、更にcross-frequency coupling解析により、運動遂行時における大脳皮質（特に一次運動野）との間のphase amplitude couplingが大脳基底核よりもむしろ小脳で顕著であることが明らかになった。具体的には、（１）時系列に基づいて、大脳基底核の淡蒼球と一次運動野との間のcross-frequency couplingを解析したところ、健常時やチックモデルではベータ帯域におけるphase amplitude coupling が運動遂行時に強く検出されるのに対して、パーキンソン病モデルでは同様のcoupling現象がほとんど消失していた。（２）同様に、小脳（主に小脳皮質）と一次運動野との間のcross-frequency couplingを解析したところ、（１）の結果と異なり、健常時やチックモデルにおいて運動遂行時にみとめられるベータ帯域でのphase amplitude coupling が、パーキンソン病モデルにおいても検出された。
以上の研究成果は、パーキンソン病の病態発現への小脳の関与を示唆しており、従来のパーキンソン病研究の範疇を超えた極めて独創的なものであるとともに、近年注目が集まっている大脳皮質、大脳基底核、および小脳の機能連関についても新たな知見を得ることができたという点で、当該新学術領域研究の推進に大きく寄与するものであると考える。

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

• [Journal Article] Treatment With the Neutralizing Antibody Against Repulsive Guidance Molecule-a Promotes Recovery From Impaired Manual Dexterity in a Primate Model of Spinal Cord Injury (2018)
  • Author(s): Nakagawa H, Ninomiya T, Yamashita T, Takada M
  • Journal Title: Cereb Cortex Volume: 印刷中 Pages: 印刷中
  • DOI: 10.1093/cercor/bhx338
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Multisynaptic Projections from the Amygdala to the Ventral Premotor Cortex in Macaque Monkeys: Anatomical Substrate for Feeding Behavior (2018)
  • Author(s): Ishida H, Inoue K, Takada M
  • Journal Title: Front Neuroanat Volume: 12 Pages: 3
  • DOI: 10.3389/fnana.2018.00003
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] High-Speed and Scalable Whole-Brain Imaging in Rodents and Primates (2017)
  • Author(s): Seiriki K, Kasai A, Hashimoto T, Schulze W, Niu M, Yamaguchi S, Nakazawa T, Inoue K, Uezono S, Takada M, Naka Y, Igarashi H, Tanuma M, Wascheck JA, Ago Y, Tanaka KF, Hayata-Takano A, Nagayasu K, Shintani N, Hashimoto R, Kunii Y, Hino M, Matsumoto J, Yabe H, Nagai T, Fujita K, Matsuda T, Takuma K. Baba A, Hashimoto H
  • Journal Title: Neuron Volume: 94 Pages: 1085～1100.e6
  • DOI: 10.1016/j.neuron.2017.05.017
  • Peer Reviewed / Open Access
• [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, Kobayashi K
  • Journal Title: Front Neuroanat Volume: 11 Pages: 65
  • DOI: 10.3389/fnana.2017.00065
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Alterations in the reduced pteridine contents in the cerebrospinal fluids of LRRK2 mutation carriers and patients with Parkinson’s disease (2017)
  • Author(s): Ichinose H, Inoue K, Arakawa S, Watanabe Y, Kurosaki H, Koshiba S, Hustad E, Takada M, Aasly JO
  • Journal Title: J Neural Transm Volume: 125 Pages: 45～52
  • DOI: 10.1007/s00702-017-1784-x
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] 光学センサーと小型コンピュータを用いた可搬型行動実験装置の開発 (2018)
  • Author(s): 大石高生、上野瑠惟、高田昌彦
  • Organizer: 第7回日本マーモセット研究会大会
• [Presentation] マーモセットにおける大脳基底核および小脳から前部・後部帯状皮質への多シナプス性入力様式 (2018)
  • Author(s): 上園志織、田辺創思、藤原真紀、柘植仁美、中村克樹、井上謙一、高田昌彦
  • Organizer: 第7回日本マーモセット研究会大会
• [Presentation] 化学遺伝学とPET イメージングの融合による黒質線条体ドーパミン神経活動制御 (2018)
  • Author(s): 南本敬史、三村喬生、永井裕司、井上謙一、須原哲也、高田昌彦
  • Organizer: 第7回日本マーモセット研究会大会
• [Presentation] 光遺伝学による脳神経系へのアプローチ：霊長類 (2017)
  • Author(s): 高田昌彦
  • Organizer: 第64回日本実験動物学会総会
  • Invited
• [Presentation] マカクサルモデルの脳病態：多系統萎縮症、パーキンソン病、老化 (2017)
  • Author(s): 高田昌彦
  • Organizer: 第58回日本神経病理学会総会学術研究会
  • Invited
• [Presentation] Cells of origin of multisynaptic projections from amygdala to ventral premotor cortex in macaques (2017)
  • Author(s): Ishida H, Inoue K, Hoshi E, Takada M
  • Organizer: Different elements of Primate Neural Networks in the Connectome Era
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Organization of multisynaptic inputs from the basal ganglia to the premotor cortex in macaque monkeys - Retrograde transneuronal dual tracing using rabies viral vectors (2017)
  • Author(s): Inoue K, Fujiwara M, Uezono S, Tanabe S, Ishida H, Hoshi E, Takada M
  • Organizer: Cold Spring Harbor Asia Conference: Primate Neuroscience
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 霊長類および齧歯類の線条体入力系におけるFuGシュードタイプレンチウイルス (2017)
  • Author(s): 田辺 創思、井上 謙一、上園 志織、柘植 仁美、中村 克樹、小林 和人、高田 昌彦
  • Organizer: 第32回 日本大脳基底核研究会
• [Presentation] マーモセットにおける大脳基底核から帯状皮質への多シナプス性入力様式 (2017)
  • Author(s): 上園 志織、田辺 創思、藤原 真紀、柘植 仁美、中村 克樹、井上 謙一、高田 昌彦
  • Organizer: 第32回 日本大脳基底核研究会
• [Presentation] Raspberry Piを用いたマーモセット運動機能解析装置の開発 (2017)
  • Author(s): 大石高生、福冨憲司、上野瑠惟、高田昌彦
  • Organizer: 第33回日本霊長類学会
• [Presentation] Differences in retrograde gene transfer efficiency and cytotoxicity between lentiviral vectors pseudotyped with FuG-E and FuG-B2 glycoprotein in the striatal input system of rodents and primates (2017)
  • Author(s): Tanabe S, Uezono S, Tsuge H, Fujiwara M, Nagaya K, Nagaya N, Sugawara M, Miwa M, Konoike N, Kato S, Nakamura K, Kobayasi K, Inoue K, Takada M
  • Organizer: 第40回日本神経科学大会
• [Presentation] Improvement of a sucrose preference test for evaluating depression-like behavior in macaque monkeys (2017)
  • Author(s): Yamanaka H, Hosaka N, Takada M, Onoe H
  • Organizer: 第40回日本神経科学大会
• [Presentation] GABAergic modulation of striatal neuron activity in behaving macaque monkeys (2017)
  • Author(s): Hatanaka N, Takara S, Kaneko N, Takada M, Nambu A
  • Organizer: 第40回日本神経科学大会
• [Presentation] Phase-amplitude coupling in cerebro-basal ganglia-cerebellar networks: A new model of hypo- and hyperkinetic movement disorders (2017)
  • Author(s): Ninomiya T, Nagai Y, Inoue K, Hori Y, Kikuchi E, Lee J, Suhara T, Iriki A, Minamimoto T, Takada M, Isoda M, Matsumoto M, Mccairn K.W.
  • Organizer: 第40回日本神経科学大会
• [Presentation] Organization of multisynaptic inputs from the basal ganglia to the dorsal and ventral premotor cortices in macaque monkeys: retrograde transneuronal dual tracing with fluorescent rabies viral vectors (2017)
  • Author(s): Inoue K, Fujiwara M, Uezono S, Tanabe S, Tsuge H, Nagaya N, Nagaya K, Ishida H, Hoshi E, Takada M
  • Organizer: 第40回日本神経科学大会
• [Presentation] The lentiviral vector pseudotyped with FuG-E glycoprotein is more suitable, compared with the FuG-B2 type, for retrograde gene transfer into the cortical input system of primates (2017)
  • Author(s): Tsuge H, Uezono S, Tanabe S, Fujiwara M, Nagaya K, Nagaya N, Sugawara M, Miwa M, Konoike N, Kato S, Nakamura K, Kobayashi K, Inoue K, Takada M
  • Organizer: 第40回日本神経科学大会
• [Presentation] Morphological differences of large layer V pyramidal neurons among the cortical motor-related areas of macaques (2017)
  • Author(s): Takata Y, Nakagawa H, Yamanaka H, Takada M
  • Organizer: 第40回日本神経科学大会
• [Presentation] Primate dopamine neurons in the substantia nigra transmit a stop signal to the caudate nucleus during the performance of a saccadic countermanding task (2017)
  • Author(s): Ogasawara T, Takada M, Matsumoto M
  • Organizer: 第40回日本神経科学大会
• [Presentation] Predicted reward value in the rostromedial caudate and the ventral pallidum for goal-directed action in monkeys (2017)
  • Author(s): Fujimoto A, Hori Y, Nagai Y, Mccairn K.W. Hirabayashi T, Takada M, Suhara T, Minamimoto T
  • Organizer: 第40回日本神経科学大会
• [Presentation] Nucleus Accumbens Dysregulation and Deep Brain Stimulation: Evidence for Disruption of Normal and Abnormal Behavioral Profiles and Neurophysiological Activity in Monkeys and Humans (2017)
  • Author(s): Mccairn K.W., Ninomiya T, Min P.H., Lim, Park, Bennet K.E., Lee K.H., Isoda M, Paek S, Takada M
  • Organizer: 第40回日本神経科学大会
• [Presentation] Organization of multisynaptic inputs from the basal ganglia and cerebellum to the cingulate cortex in common marmosets as revealed by retrograde transneuronal labeling with rabies virus (2017)
  • Author(s): Uezono S, Tsuge H, Tanabe S, Fujiwara M, Nagaya N, Nagaya K, Inoue K, Takada M
  • Organizer: 第40回日本神経科学大会
• [Presentation] Involvement of the store operated calcium entry in the long-lasting calcium transient in the striatal GABAergic neuron (2017)
  • Author(s): Kikuta S, Yanagawa Y, Homma N, Takada M, Osanai M
  • Organizer: Neuroscience 2017
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] A sucrose preference test modified for evaluation of depression-like behavior in macaque monkeys (2017)
  • Author(s): Yamanaka H, Hosaka N, Takada M, Onoe H
  • Organizer: Neuroscience 2017
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Arrangement of multisynaptic inputs from the basal ganglia to the dorsal and ventral premotor cortical areas in macaques: retrograde transneuronal double labeling with fluorescent rabies viral vectors (2017)
  • Author(s): Inoue K, Fujiwara M, Uezono S, Tanabe S, Ishida H, Hoshi E, Takada M
  • Organizer: Neuroscience 2017
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] The nigrostriatal dopamine pathway transmits a stop signal during the performance of a saccadic countermanding task in monkeys (2017)
  • Author(s): Ogasawara T, Takada M, Matsumoto M
  • Organizer: Neuroscience 2017
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] FAST, High-speed serial-sectioning imaging for whole brain analysis with high scalability (2017)
  • Author(s): Kasai A, Seiriki K, Hashimoto T, Niu M, Yamaguchi S, Naka Y, Igarashi H, Tamura M, Nakazawa T, Inoue K, Takada M, Fujita K, Hashimoto H
  • Organizer: Neuroscience 2017
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Encoding expected reward value for formulating goal-directed decision in the rostro-medial caudate and the ventral pallidum (2017)
  • Author(s): Fujimoto A, Hori Y, Nagai Y, McCairn K.W, Hirabayashi T, Kikuchi E, Takada M, Suhara T, Minamimoto T
  • Organizer: Neuroscience 2017
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Organization of multisynaptic inputs from the basal ganglia and cerebellum to the anterior and posterior cingulate cortical areas in common marmosets: Retrograde transneuronal double labeling with fluorescent rabies viral vectors (2017)
  • Author(s): Uezono S, Tanabe S, Fujiwara M, Tsuge H, Nakamura K, Inoue K, Takada M
  • Organizer: Neuroscience 2017
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Optogenetic modulation of saccade-controlling circuits in the monkey basal ganglia (2017)
  • Author(s): Amita H, Kim H.F, Inoue K, Takada M, Hikosaka O
  • Organizer: Neuroscience 2017
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Differences in retrograde gene transfer efficiency and cytotoxicity between lentiviral vectors pseudotyped with FuG-E and FuG-B2 glycoprotein in rodent and primate brains (2017)
  • Author(s): Tanabe S, Tsuge H, Uezono S, Fujiwara M, Miwa M, Konoike N, Kato S, Nakamura K, Kobayashi K, Inoue K, Takada M
  • Organizer: Neuroscience 2017
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Cells of origin of multisynaptic projections from amygdala to ventral premotor cortex in macaques (2017)
  • Author(s): Ishida H, Inoue K, Hoshi E, Takada M
  • Organizer: 平成29年度生理研研究会 第7回社会神経科学研究会
• [Remarks] 京都大学霊長類研究所統合脳システム分野 ホームページ
  • URL: http://www.pri.kyoto-u.ac.jp/sections/systems_neuroscience/index.html