学習の成立過程における大脳皮質-大脳基底核連関の可塑的神経機構

• 研究課題/領域番号: 15029264
• 研究種目: 特定領域研究
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 生物系
• 研究機関: (財)東京都医学研究機構
• 研究代表者: 高田 昌彦 財団法人東京都医学研究機構, 東京都神経科学総合研究所, 副参事研究員 (00236233)
• 研究期間 (年度): 2003 – 2004
• 研究課題ステータス: 完了 (2004年度)
• 配分額: 6,200千円 (直接経費: 6,200千円); 2004年度: 3,100千円 (直接経費: 3,100千円); 2003年度: 3,100千円 (直接経費: 3,100千円)
• キーワード: 大脳皮質 / 大脳基底核 / 運動制御 / 運動学習 / 脳機能画像 / 脳血流 / 超音波ドプラー法 / サル / 脳機能イメージング / 運動関連領野 / 前頭前野 / 学習

研究概要

前頭葉に分布する運動領野や前頭前野は、大脳基底核との間で大脳皮質-大脳基底核ループを形成しており、このようなループ回路は運動制御だけでなく運動学習や認知行動のさまざまな局面に深く関与している。しかし、運動課題や認知課題の学習過程における大脳皮質や大脳基底核の活動変化を実際に調べた研究はこれまでほとんどない。また、従来の電気生理学的手法では、学習過程における神経活動の経時的変化を定量的に追跡することはきわめて困難である。本研究では、研究代表者らが最近開発した経脳硬膜超音波ドプラー法を用いて、超音波画像をとおしてモニターした脳血流、特に血流速度の変化を神経活動の変化として捉え、脳の機能的イメージングを行うことにより、学習の成立過程における大脳皮質-大脳基底核連関の可塑的神経機構を明らかにすることを目的とした。その結果、研究代表者らは、両手のボタン押し課題を実行中のサルで、前頭葉に分布する運動領野、すなわち、一次運動野、補足運動野、運動前野背側部および腹側部の血行動態を描出するとともに、課題の学習過程におけるこれら運動領野の活動変化を経時的に観察することに成功した。さらに、一次運動野や運動前野と異なり、補足運動野では、手がかり刺激と運動開始に関連した血流増加率が学習初期に比べて学習成立時にかなり減少していることが明らかになった。このことは、補足運動野が運動学習の成立過程に深く関与することを示唆している。また、経脳硬膜超音波ドプラー法により描出された前頭断面の連続画像を三次元的に再構築し、課題に関連して活動する運動領野の分布を立体的に示すとともに、大脳皮質に比べて深部に位置するため、従来の方法では血行動態の描出が困難であった大脳基底核(特に、線条体)の機能的イメージングを実現することにも成功した。

研究成果

• [雑誌論文] Neural mechanisms of versatile functions in primate anterior cingulate cortex. (2004)
  • 著者名/発表者名: Isomura Y, Takada M
  • 雑誌名: Rev Neurosci 15 ページ: 279-291
• [雑誌論文] Role of ionotropic glutamatergic and GABAergic inputs on the firing activity of neurons in the external pallidum in awake monkeys. (2004)
  • 著者名/発表者名: Kita H, Namby A, Kaneda K, Tachibana Y, Takada M
  • 雑誌名: J Neurophysiol 92 ページ: 3069-3084
• [雑誌論文] Synaptic interactions between pyramidal cells and interneurone subtypes during seizure-like activity in the rat hippocampus. (2004)
  • 著者名/発表者名: Fujiwara-Tsukamoto Y, Isomura Y, Kaneda K, Takada M
  • 雑誌名: J Physiol 557.3 ページ: 961-979
• [雑誌論文] Organization of prefrontal outflow toward frontal motor-related areas in macaque monkeys. (2004)
  • 著者名/発表者名: Takada M, Nambu A, Hatanaka N, Tachibana Y, Miyachi S, Taira M, Inase M
  • 雑誌名: Eur J Neurosci 19 ページ: 3328-3342
• [雑誌論文] Input-output organization of the rostral part of the dorsal premotor, cortex, with special reference to its corticostriatal projection. (2004)
  • 著者名/発表者名: Tachibana Y, Nambu A, Hatanaka N, Miyachi S, Takada M
  • 雑誌名: Neurosci Res 48 ページ: 45-57
  • NAID: 10014232565
• [雑誌論文] Organization of multisynaptic inputs from prefrontal cortex to primacy motor cortex as revealed by retrograde transneuronal transport of rabies virus.
  • 著者名/発表者名: Miyachi S, Lu X, Inoue S, Iwasaki T, Koike S, Nambu A, Takada M
  • 雑誌名: J Neurosci (in press)
• [文献書誌] Akazawa T, Takada M, Nambu A: "Activity and distribution patterns of monkey pallidal neurons in response to peripheral nerve stimulation."Neurosci Lett. 399. 161-165 (2003)
• [文献書誌] Hatanaka N, Tokuno H, Hamada I, Inase M, Ito Y, Imanishi M, Hasegawa N, Akazawa T, Nambu A, Takada M: "Thalamocortical and intracortical connections of monkey cingulate motor areas."J Comp Neurol. 462. 121-138 (2003)
• [文献書誌] Fujiwara-Tsukamoto Y, Isomura Y, Nambu A, Takada M: "Excitatory GABA input directly drives seizure-like rhythmic synchronization in mature hippocampal CA1 pyramidal cells."Neuroscience. 119. 265-275 (2003)
• [文献書誌] Kaneda K, Imanishi M, Nambu A, Shigemoto R, Takada M: "Differential expression patterns of mGluRla in monkey nigral dopamine neurons."NeuroReport. 14. 947-950 (2003)
• [文献書誌] Isomura Y, Ito Y, Akazawa T, Nambu A, Takada M: "Neural coding of "attention for action" and "response selection" in primate anterior cingulate cortex."J Neurosci. 23. 8002-8012 (2003)
• [文献書誌] Isomura Y, Fujiwara-Tsukamoto Y, Takada M: "Glutamatergic propagation of GABAergic seizure-like afterdischarge in the hippocampus in vitro."J Neurophysiol. 90. 2746-2751 (2003)