脳情報動態を規定する大脳皮質間回路と皮質－皮質下間回路

• 研究領域: 脳情報動態を規定する多領野連関と並列処理
• 研究課題/領域番号: 17H06309
• 研究種目: 新学術領域研究(研究領域提案型)
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 複合領域
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 松崎 政紀 東京大学, 大学院医学系研究科(医学部), 教授 (50353438)
• 研究期間 (年度): 2017-06-30 – 2022-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2021年度)
• 配分額: 132,470千円 (直接経費: 101,900千円、間接経費: 30,570千円); 2021年度: 25,480千円 (直接経費: 19,600千円、間接経費: 5,880千円); 2020年度: 25,480千円 (直接経費: 19,600千円、間接経費: 5,880千円); 2019年度: 25,480千円 (直接経費: 19,600千円、間接経費: 5,880千円); 2018年度: 25,480千円 (直接経費: 19,600千円、間接経費: 5,880千円); 2017年度: 30,550千円 (直接経費: 23,500千円、間接経費: 7,050千円)
• キーワード: ２光子イメージング / 運動野 / 大脳基底核 / 小脳 / マウス / 情報交換 / 感覚連動 / 2光子イメージング / 感覚運動 / 情報変換 / ２光子カルシウムイメージ / 視床 / ２光子カルシウムイメージング

研究成果の概要

２光子顕微鏡によるカルシウムイメージング法を用いてマウス一次運動野（M1）に投射する1層と3層の視床皮質軸索の活動を計測した。マウスが前肢レバー引き運動課題を学習中に、視床からM1へ送られる2種類の信号が強くなり、互いに異なる時間変化（ダイナミクス）を示した。小脳由来の信号は3層に投射し、「運動課題の成功率」と、大脳基底核由来の信号は1層に投射し、「運動のキネティクスと安定性」と、それぞれ関連していた。またこの課題を行っているときの高次運動野からM1への文脈情報の伝達様式を明らかにした。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究は、脳全体の理解に不可欠な脳領域間ネットワークの視点から運動学習や運動制御のメカニズムの一端を明らかにしたという点で非常に重要であり、パーキンソン病やジストニアなどの運動失調・運動障害疾患の病態理解に将来的に貢献することが期待される。

研究成果

• [雑誌論文] Neuronal representations of reward-predicting cues and outcome history with movement in the frontal cortex (2021)
  • 著者名/発表者名: Kondo Masashi、Matsuzaki Masanori
  • 雑誌名: Cell Reports 巻: 34 号: 5 ページ: 108704-108704
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2021.108704
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Non-action Learning: Saving Action-Associated Cost Serves as a Covert Reward (2020)
  • 著者名/発表者名: Tanimoto Sai、Kondo Masashi、Morita Kenji、Yoshida Eriko、Matsuzaki Masanori
  • 雑誌名: Frontiers in Behavioral Neuroscience 巻: 14
  • DOI: 10.3389/fnbeh.2020.00141
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Structural dynamics and stability of corticocortical and thalamocortical axon terminals during motor learning (2020)
  • 著者名/発表者名: Hasegawa Ryota、Ebina Teppei、Tanaka Yasuhiro R.、Kobayashi Kenta、Matsuzaki Masanori
  • 雑誌名: PLOS ONE 巻: 15 号: 6 ページ: e0234930-e0234930
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0234930
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Arm movements induced by noninvasive optogenetic stimulation of the motor cortex in the common marmoset (2019)
  • 著者名/発表者名: Ebina Teppei、Obara Keitaro、Watakabe Akiya、Masamizu Yoshito、Terada Shin-Ichiro、Matoba Ryota、Takaji Masafumi、Hatanaka Nobuhiko、Nambu Atsushi、Mizukami Hiroaki、Yamamori Tetsuo、Matsuzaki Masanori
  • 雑誌名: Proceedings of the National Academy of Sciences 巻: 116 号: 45 ページ: 22844-22850
  • DOI: 10.1073/pnas.1903445116
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Motor learning requires myelination to reduce asynchrony and spontaneity in neural activity (2019)
  • 著者名/発表者名: Kato Daisuke、Wake Hiroaki、Lee Philip R.、Tachibana Yoshihisa、Ono Riho、Sugio Shouta、Tsuji Yukio、Tanaka Yasuyo H.、Tanaka Yasuhiro R.、Masamizu Yoshito、Hira Riichiro、Moorhouse Andrew J.、Tamamaki Nobuaki、Ikenaka Kazuhiro、Matsukawa Noriyuki、Fields R. Douglas、Nabekura Junichi、Matsuzaki Masanori
  • 雑誌名: Glia 巻: 68 号: 1 ページ: 193-210
  • DOI: 10.1002/glia.23713
  • NAID: 120006775953
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Super-wide-field two-photon imaging with a micro-optical device moving in post-objective space (2018)
  • 著者名/発表者名: Terada SI, Kobayashi K, Ohkura M, Nakai J, Matsuzaki M
  • 雑誌名: Nat Commun 巻: 9 号: 1 ページ: 3550-3550
  • DOI: 10.1038/s41467-018-06058-8
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Thalamocortical Axonal Activity in Motor Cortex Exhibits Layer-Specific Dynamics during Motor Learning (2018)
  • 著者名/発表者名: Tanaka Yasuyo H.、Tanaka Yasuhiro R.、Kondo Masashi、Terada Shin-Ichiro、Kawaguchi Yasuo、Matsuzaki Masanori
  • 雑誌名: Neuron 巻: 100 号: 1 ページ: 244-258
  • DOI: 10.1016/j.neuron.2018.08.016
  • NAID: 40021939701
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] In vivo wide-field calcium imaging of mouse thalamocortical synapses with an 8?K ultra-high-definition camera (2018)
  • 著者名/発表者名: Yoshida Eriko、Terada Shin-Ichiro、Tanaka Yasuyo H.、Kobayashi Kenta、Ohkura Masamichi、Nakai Junichi、Matsuzaki Masanori
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 8 号: 1 ページ: 8324-8324
  • DOI: 10.1038/s41598-018-26566-3
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Two-photon imaging of neuronal activity in motor cortex of marmosets during upper-limb movement tasks (2018)
  • 著者名/発表者名: Ebina T, Masamizu Y, Tanaka YR, Watakabe A, Hirakawa R, Hirayama Y, Hira R, Terada S, Koketsu D, Hikosaka K, Mizukami H, Nambu A, Sasaki E, Yamamori Y, Matsuzaki M
  • 雑誌名: Nat Commun 巻: 9 号: 1 ページ: 1879-1879
  • DOI: 10.1038/s41467-018-04286-6
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Two-photon calcium imaging of the medial prefrontal cortex and hippocampus without cortical invasion. (2017)
  • 著者名/発表者名: Kondo M, Kobayashi K, Ohkura M, Nakai J, Matsuzaki M
  • 雑誌名: eLife 巻: 6:e26839 ページ: 1-20
  • DOI: 10.7554/elife.26839
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] 自動インジェクションロボットの開発による＞10,000細胞広域カルシウムイメージング (2021)
  • 著者名/発表者名: 野村 晋ノ介
  • 学会等名: 第44回日本神経科学大会
• [学会発表] 運動学習過程における皮質間・視床皮質間投射軸索終末構造のダイナミクスと安定化 (2020)
  • 著者名/発表者名: 長谷川 亮太
  • 学会等名: 第43回日本神経科学大会
• [学会発表] Frontal cortical activity with long-range input (2019)
  • 著者名/発表者名: 松崎政紀
  • 学会等名: SfN2019
  • 国際学会
• [学会発表] Motor information flow between the mouse motor cortices (2019)
  • 著者名/発表者名: 松崎政紀
  • 学会等名: 第42回日本分子生物学会年会
  • 招待講演
• [学会発表] Wide-field imaging of neural activity with high spatial resolution. (2019)
  • 著者名/発表者名: 松崎政紀
  • 学会等名: FAOPS2019
  • 国際学会
• [学会発表] マウス前頭皮質の深部・広域２光子イメージング (2018)
  • 著者名/発表者名: 松崎政紀
  • 学会等名: 第41回日本神経科学大会
• [学会発表] マーモセット上肢運動課題実行中の ２光子イメージングに向けて (2018)
  • 著者名/発表者名: 松崎政紀
  • 学会等名: 7th Annual Meeting of Japan Society for Marmoset Research
• [学会発表] Dynamics of thalamocortical activity in the primary motor cortex during motor learning (2017)
  • 著者名/発表者名: 松崎政紀
  • 学会等名: 第４０回日本神経科学大会
• [学会発表] Wide, deep, multi-color, subcellular-resolution imaging from any angle (2017)
  • 著者名/発表者名: 松崎政紀
  • 学会等名: 第４０回日本神経科学大会
• [学会発表] 行動課題実行中の小動物における大脳神経 細胞活動の広域深部２光子イメージング (2017)
  • 著者名/発表者名: 松崎政紀
  • 学会等名: 第44回日本神経内分泌学会学術集会
  • 招待講演
• [学会発表] Marmoset forelimb-movement tasks for two-photon Ca2+ imaging (2017)
  • 著者名/発表者名: 松崎政紀
  • 学会等名: 7th NIPS/CIN Joint Symposium
  • 国際学会
• [備考]
  • URL: http://plaza.umin.ac.jp/~Matsuzaki-Lab/pub/index.html