霊長類における皮質線条体経路の動的制御機構

• 研究課題/領域番号: 17H03539
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 神経生理学・神経科学一般
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 田中 真樹 北海道大学, 医学研究院, 教授 (90301887)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2020-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2019年度)
• 配分額: 17,160千円 (直接経費: 13,200千円、間接経費: 3,960千円); 2019年度: 7,150千円 (直接経費: 5,500千円、間接経費: 1,650千円); 2018年度: 7,150千円 (直接経費: 5,500千円、間接経費: 1,650千円); 2017年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
• キーワード: 線条体 / 大脳基底核 / LFP / 機能結合 / ベータ波 / 眼球運動 / 霊長類 / 大脳基底核ループ / 計時 / ゲイン調節 / 脳波律動 / 皮質線条体路 / 誘発応答 / 皮質線条体経路 / 状況依存性 / 誘発LFP / 時間生成 / 局所場電位 / 刺激誘発応答 / ドパミン / サル

研究成果の概要

大脳基底核ループの機能は状況に合わせて行動を選択することに加え、その大きさや速度を調節することにあると考えられる。一定の時間長を計測する際に、線条体でみられる準備活動の時間経過が小脳核で記録されるそれと異なることを見出し、前者は測定しようとする時間長に応じた信号、後者は試行ごとに生じる潜時のばらつきと相関する信号をもっていることが明らかとなった。また、線条体から記録される神経律動の低周波数成分と視覚誘発応答の振幅が、測定しようとする時間長に応じて動的に変化することを見出した。一方、大脳皮質の電気刺激に対する線条体の誘発応答は小さく、今後、光刺激などを用いた方法を検討する必要がある。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究により、計時における線条体と小脳の違いが明らかとなるとともに、線条体における状況依存的な情報生成メカニズムの一端が示された。パーキンソン病では運動の開始が困難になるだけでなく、状況に応じて行動選択をし、運動の速度や大きさを調節し、また、時間を計ることが難しくなる。同疾患では大脳基底核ループにおける低周波数律動が著明に亢進していることが知られており、本研究で示唆された低周波数律動のフレキシブルな変化によって大脳-線条体経路の機能結合が動的に調整される機構が障害されている可能性がある。このように、本研究は大脳基底核の情報処理を明らかにし、疾患時の病態生理の理解を進めることに寄与する。

研究成果

• [国際共同研究] タフツ大学(米国)
• [国際共同研究] タフツ大学/ベイラー医科大学/米国立衛生研究所（NIH）(米国)
• [雑誌論文] Spatial and temporal adaptation of predictive saccades based on motion inference (2020)
  • 著者名/発表者名: Itoh Takeshi D.、Takeya Ryuji、Tanaka Masaki
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 10 号: 1 ページ: 5280-5280
  • DOI: 10.1038/s41598-020-62211-8
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Neural oscillations in the primate caudate nucleus correlate with different preparatory states for temporal production (2019)
  • 著者名/発表者名: Suzuki Tomoki W.、Tanaka Masaki
  • 雑誌名: Communications Biology 巻: 2 号: 1 ページ: 102-102
  • DOI: 10.1038/s42003-019-0345-2
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Entrained neuronal activity to periodic visual stimuli in the primate striatum compared with the cerebellum (2019)
  • 著者名/発表者名: Kameda Masashi、Ohmae Shogo、Tanaka Masaki
  • 雑誌名: eLife 巻: 8 ページ: 48702-48702
  • DOI: 10.7554/elife.48702
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Consensus Paper: Experimental neurostimulation of the cerebellum (2019)
  • 著者名/発表者名: Miterko LN, Baker KB, Beckinghausen J, Bradnam LV, Cheng MY, Cooperrider J, DeLong MR, Gornati SV, Hallett M, Heck DH, Hoebeek FE, Kouzani AZ, Kuo SH, Louis ED, Machado A, Manto M, McCambridge AB, Nitsche MA, Taib NOB, Popa T, Tanaka M, Timmann D, Steinberg GK, Wang EH, Wichmann T, Xie T, Sillitoe RV
  • 雑誌名: Cerebellum 巻: 18 号: 6 ページ: 1064-1097
  • DOI: 10.1007/s12311-019-01041-5
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Different contributions of preparatory activity in the basal ganglia and cerebellum for self-timing (2018)
  • 著者名/発表者名: Kunimatsu Jun、Suzuki Tomoki W、Ohmae Shogo、Tanaka Masaki
  • 雑誌名: eLife 巻: 7
  • DOI: 10.7554/elife.35676
  • NAID: 120006522668
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Temporal Generalization of Synchronized Saccades Beyond the Trained Range in Monkeys (2018)
  • 著者名/発表者名: Takeya Ryuji、Patel Aniruddh D、Tanaka Masaki
  • 雑誌名: Frontiers in Psychology 巻: 9 ページ: 2172-2172
  • DOI: 10.3389/fpsyg.2018.02172
  • NAID: 120006545956
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] BAY：自発的運動タイミングへの大脳基底核と小脳の異なる関与 (2018)
  • 著者名/発表者名: 國松 淳、田中真樹
  • 雑誌名: 北海道医学雑誌 巻: 93 ページ: 94-94
• [雑誌論文] Causal Role of Noradrenaline in the Timing of Internally Generated Saccades in Monkeys (2017)
  • 著者名/発表者名: Suzuki Tomoki W.、Tanaka Masaki
  • 雑誌名: Neuroscience 巻: 366 ページ: 15-22
  • DOI: 10.1016/j.neuroscience.2017.10.003
  • NAID: 120006543294
  • 査読あり
• [雑誌論文] Predictive and tempo-flexible synchronization to a visual metronome in monkeys (2017)
  • 著者名/発表者名: Takeya Ryuji、Kameda Masashi、Patel Aniruddh D.、Tanaka Masaki
  • 雑誌名: Sci. Rep 巻: 7 号: 1 ページ: 6127-6127
  • DOI: 10.1038/s41598-017-06417-3
  • NAID: 120006352212
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] 注意の脳内ネットワーク (2017)
  • 著者名/発表者名: 竹谷隆司、田中真樹
  • 雑誌名: Clinical Neuroscience 巻: 35 ページ: 938-940
• [雑誌論文] 計時と予測の神経機構 (2017)
  • 著者名/発表者名: 田中真樹、鈴木智貴、亀田将史、竹谷隆司
  • 雑誌名: Brain and Nerve 巻: 69 ページ: 1213-1222
• [学会発表] Two distinct subcortical signals for self-timing (2019)
  • 著者名/発表者名: 田中真樹
  • 学会等名: Pre-NCM meeting on Eye and Head Movement Control System in Kyoto
  • 招待講演
• [学会発表] 計時と予測の神経機構 (2019)
  • 著者名/発表者名: 田中真樹
  • 学会等名: 東大機能生物学セミナー
  • 招待講演
• [学会発表] Subcortical signals for temporal prediction of periodic events (2019)
  • 著者名/発表者名: 田中真樹
  • 学会等名: 2019 Gordon Research Conference of Cerebellum
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 時間のタスクにおける基底核と小脳の違い (2019)
  • 著者名/発表者名: 田中真樹
  • 学会等名: 第34回日本大脳基底核研究会（JBAGS2019）シンポジウム
  • 招待講演
• [学会発表] Subcortical signals for temporal prediction of rhythmic events (2019)
  • 著者名/発表者名: 田中真樹
  • 学会等名: Timing Research Forum 2019 Meeting (TRF2)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 時間予測と小脳、基底核 (2019)
  • 著者名/発表者名: 田中真樹
  • 学会等名: 第49回日本臨床神経生理学会
  • 招待講演
• [学会発表] Neurons in the primate deep cerebellar nuclei carry both temporal prediction and error signals during synchronized saccades (2019)
  • 著者名/発表者名: 竹谷隆司、田中真樹
  • 学会等名: 第42回日本神経科学大会
• [学会発表] Ketamine-induced alterations in memory capacity and exploratory behavior during oculomotor foraging in monkeys (2019)
  • 著者名/発表者名: 澤頭 亮、田中真樹
  • 学会等名: 第42回日本神経科学大会
• [学会発表] 採餌行動のモデルとケタミンによる変化 (2019)
  • 著者名/発表者名: 澤頭 亮、田中真樹
  • 学会等名: 日本生理学会北海道地方会
• [学会発表] Spontaneous grouping of synchronized eye movements in monkeys and humans. (2019)
  • 著者名/発表者名: Takeya R & Tanaka M
  • 学会等名: The 2nd Timing Research Forum (TRF2)
  • 国際学会
• [学会発表] Neuronal correlates of temporal prediction of visual metronome in the primate striatum compared with the cerebellum (2019)
  • 著者名/発表者名: Kameda M & Tanaka M
  • 学会等名: The 2nd Timing Research Forum (TRF2)
  • 国際学会
• [学会発表] Neuronal signals regulating and monitoring of synchronized saccade timing in the primate deep cerebellar nuclei (2019)
  • 著者名/発表者名: Takeya R & Tanaka M
  • 学会等名: Soc Neurosci
  • 国際学会
• [学会発表] Dissociation of sensory from motor related signals for rhythm perception in the primate striatum and deep cerebellar nuclei (2019)
  • 著者名/発表者名: Kameda M & Tanaka M
  • 学会等名: Soc Neurosci
  • 国際学会
• [学会発表] Subcortical mechanism of self-timing and temporal prediction (2019)
  • 著者名/発表者名: 田中真樹
  • 学会等名: 2018年度東北大学電気通信研究所研究会
  • 招待講演
• [学会発表] 運動タイミングを決める皮質下機構 (2018)
  • 著者名/発表者名: 田中真樹
  • 学会等名: 日本生体医工学会大会オーガナイズドシンポジウム
  • 招待講演
• [学会発表] Roles of subcortical preparatory signals in self-timing (2018)
  • 著者名/発表者名: 田中真樹
  • 学会等名: The 75th FUJIHARA Seminar
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Comparison of neuronal activity between the striatum and cerebellum for beat-based timing.（周期的な時間予測における線条体と小脳核の神経活動の比較） (2018)
  • 著者名/発表者名: 亀田将史、田中真樹
  • 学会等名: 第41回日本神経科学大会
• [学会発表] 同期眼球運動の自発的な分節化 (2018)
  • 著者名/発表者名: 竹谷隆司、田中真樹
  • 学会等名: 第12回Motor Control研究会
• [学会発表] Contextual changes in cortico-striatal transmission during time production in monkeys (2018)
  • 著者名/発表者名: Suzuki Tomoki W, Tanaka Masaki
  • 学会等名: Society for Neuroscience
  • 国際学会
• [学会発表] Neuronal correlates of beat-based timing in the primate striatum (2018)
  • 著者名/発表者名: Kameda Masashi, Ohmae Shogo, Tanaka Masaki
  • 学会等名: Society for Neuroscience
  • 国際学会
• [学会発表] Sensory prediction signals in the primate cerebellar nuclei during synchronized saccades (2018)
  • 著者名/発表者名: Takeya Ryuji, Tanaka Masaki
  • 学会等名: The 75th FUJIHARA Seminar
  • 国際学会
• [学会発表] 眼球運動における視床大脳経路の役割 (2018)
  • 著者名/発表者名: 田中真樹
  • 学会等名: 日本視覚学会2018年冬季大会 特別講演 工学院大学新宿キャンパス 東京都
  • 招待講演
• [学会発表] 運動タイミングを制御する２つの信号 (2018)
  • 著者名/発表者名: 田中真樹
  • 学会等名: 平成30年度 京大霊長研共同利用研究会 京都大学霊長類研究所 犬山市
  • 招待講演
• [学会発表] Cerebellar contribution to higher-order motor control (2017)
  • 著者名/発表者名: Tanaka, M.
  • 学会等名: 台湾臨床神経生理学会 国立台湾病院国際会議センター 台北市
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Neuronal mechanism of temporal prediction in the primate brain (2017)
  • 著者名/発表者名: Tanaka, M.
  • 学会等名: Internal Workshop on Basal Ganglia Functions 2017 玉川学園大学 町田市
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Subcortical signals for beat-based timing (2017)
  • 著者名/発表者名: Tanaka, M.
  • 学会等名: The 2nd Internal Symposium on the Science of Mental Time 奈良春日野国際フォーラム 奈良市
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 大脳基底核と小脳の時間情報処理 (2017)
  • 著者名/発表者名: 田中真樹
  • 学会等名: 第32回日本大脳基底核研究会（JBAGS2017）シンポジウム 三河湾リゾートリンクス 西尾市
  • 招待講演
• [学会発表] 小脳の高次脳機能への関与をヒトとサルで評価する (2017)
  • 著者名/発表者名: 田中真樹
  • 学会等名: 日本神経科学大会 教育シンポジウム 幕張メッセ 千葉市
  • 招待講演
• [学会発表] Roles of the basal ganglia and cerebellum in self-timing (2017)
  • 著者名/発表者名: 田中真樹
  • 学会等名: 日本神経科学大会 企画シンポジウム 幕張メッセ 千葉市
  • 招待講演
• [学会発表] リズムに乗る脳のしくみ (2017)
  • 著者名/発表者名: 田中真樹
  • 学会等名: 第14回ナショナルバイオリソースプロジェクト公開シンポジウム 文部省NBRP 東京都
  • 招待講演
• [学会発表] LFP in the primate caudate nucleus reflect different preparatory states during the time production task. (2017)
  • 著者名/発表者名: 鈴木智貴、田中真樹
  • 学会等名: 第40回日本神経科学大会 幕張メッセ 千葉市
• [学会発表] タイミング予測に関連した線条体ニューロンの活動とその特性 (2017)
  • 著者名/発表者名: 亀田将史、田中真樹
  • 学会等名: 第11回Motor Control研究会 中京大学 名古屋市
• [学会発表] サルの予測性眼球運動にみられた自発的な体制化 (2017)
  • 著者名/発表者名: 竹谷隆司、田中真樹
  • 学会等名: 日本生理学会北海道地方会 北海道医療大学 石狩郡当別町
• [学会発表] 周期的な時間予測における線条体と小脳の役割 (2017)
  • 著者名/発表者名: 亀田将史、田中真樹
  • 学会等名: 日本生理学会北海道地方会 北海道医療大学 石狩郡当別町
• [学会発表] サッカード適応学習への運動性視床の不活化の影響 (2017)
  • 著者名/発表者名: 上林菜月、田中真樹
  • 学会等名: 日本生理学会北海道地方会 北海道医療大学 石狩郡当別町
• [図書] ガイトン生理学原著13版（Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology, 13th ed） 第57章「小脳と大脳基底核の運動全般における役割」（邦訳） (2018)
  • 著者名/発表者名: 田中真樹
  • 総ページ数: 1100
  • 出版者: エルゼビア・ジャパン株式会社
  • ISBN: 9784860347741
• [図書] 新 感覚・知覚心理学ハンドブック 第5章6節「注意の神経メカニズム」、7節「注意の障害」 (2018)
  • 著者名/発表者名: 竹谷隆司、田中真樹
  • 総ページ数: 615
  • 出版者: 誠信書房
• [図書] ガイトン生理学原著13版 第57章「小脳と大脳基底核の運動全般における役割」（邦訳） (2018)
  • 著者名/発表者名: 田中真樹
  • 出版者: エルゼビア・ジャパン
• [備考] 研究室HP
  • URL: http://niseiri.med.hokudai.ac.jp/
• [備考] http://niseiri.med.hokudai.ac.jp/
• [備考] 研究室ホームページ
  • URL: http://niseiri.med.hokudai.ac.jp/