動作の癖を抑制する神経機構

• 研究課題/領域番号: 17H04749
• 研究種目: 若手研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 身体教育学
• 研究機関: 東北大学 (2022); 沖縄科学技術大学院大学 (2017-2019)
• 研究代表者: 青木 祥 東北大学, 生命科学研究科, 助教 (80720672)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2023-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2022年度)
• 配分額: 18,330千円 (直接経費: 14,100千円、間接経費: 4,230千円); 2019年度: 3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円); 2018年度: 3,510千円 (直接経費: 2,700千円、間接経費: 810千円); 2017年度: 11,050千円 (直接経費: 8,500千円、間接経費: 2,550千円)
• キーワード: 線条体 / アセチルコリン / 習慣的動作 / 大脳基底核 / 習慣 / 行動 / 動作 / イメージング / 手続き記憶 / マウス / 動作の癖 / 大脳皮質 / 上丘 / 手続き学習 / 前頭前野 / 習慣的行動 / 小脳 / 動物モデル / 神経活動操作 / 動きの癖

研究成果の概要

本研究は、習慣化した身体動作（動きの癖）を抑制する神経メカニズムの解明を目的として行われた。はじめに、オペラント条件付けを用いて、動物モデルの動きの習慣化とその動きの抑制あるいは切り替えを定量できるレバー押し課題を設定した。続いて、その神経メカニズムの解明に挑み、習慣化した動きを別の動きに切り替える際には線条体コリン作動性介在ニューロンが重要である知見を得た。さらに、詳細なメカニズムの解明に向けて、分子生物学的および遺伝学的手法との相性に優れるマウスを対象とした行動実験課題を確立した。本研究の成果は、動きの癖を抑制あるいは切り替える神経機序の理解に寄与する。

研究成果の学術的意義や社会的意義

動作の癖はどのようにすれば直すことが出来るのか。この問題は、スポーツ指導や学校教育現場において、競技者のみならず指導者が直面する難題である。本研究は、動物モデルを用いて動きの癖を抑制・改善する神経メカニズムの解明に挑んだ。その結果、大脳基底核・線条体で神経伝達物質アセチルコリンを放出するコリン作動性介在ニューロンが重要な役割を果たすことが明らかになった。これは習慣化した動作の抑制・切り替えを担う神経メカニズムの一端を明らかにした重要研究知見といえる。今後、より詳細なメカニズムを解明していくことで、動作の癖を直す神経機構の基本的理解が進むことが期待される。

研究成果

• [国際共同研究] Salk Institute for Biological Studies(米国)
• [国際共同研究] Erasmus Medical Center Rotterdam(オランダ)
• [国際共同研究] Salk Institute for Biological Studies(米国)
• [国際共同研究] Erasmus Medical Center(オランダ)
• [国際共同研究] Salk Insititute(米国)
• [雑誌論文] An open cortico-basal ganglia loop allows limbic control over motor output via the nigrothalamic pathway (2019)
  • 著者名/発表者名: Sho Aoki, Jared B. Smith, Hao Li, Xunyi Yan, Masakazu Igarashi, Patrice Coulon, Jeffery R. Wickens, Tom J.H. Ruigrok, Xin Jin
  • 雑誌名: eLife 巻: 8 ページ: 49995-49995
  • DOI: 10.7554/elife.49995
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Cerebellar modules and their role as operational cerebellar processing units. (2018)
  • 著者名/発表者名: Richard Apps, Richard Hawkes, Sho Aoki, Amanda M. Brown, Gang Chen, Timothy J. Ebner, Philippe Isope, Elizabeth P. Lackey, Charlotte Lawrenson, Bridget Lumb, Martijn Schonewille, Roy V. Sillitoe, Ludovic Spaeth, Izumi Sugihara, Antoine Valera, Jan Voogd, Douglas R. Wylie Tom J.H. Ruigrok
  • 雑誌名: The Cerebellum 巻: 17 号: 5 ページ: 654-682
  • DOI: 10.1007/s12311-018-0952-3
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Cholinergic interneurons in the rat striatum modulate substitution of habits (2018)
  • 著者名/発表者名: Sho Aoki, Andrew W. Liu, Yumiko Akamine, Aya Zucca, Stefano Zucca, Jeffery R. Wickens
  • 雑誌名: European Journal of Neuroscience 巻: 47 号: 10 ページ: 1194-1205
  • DOI: 10.1111/ejn.13820
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Pauses in cholinergic interneuron firing exert an inhibitory control on striatal output in vivo (2018)
  • 著者名/発表者名: Zucca Stefano、Zucca Aya、Nakano Takashi、Aoki Sho、Wickens Jeffery
  • 雑誌名: eLife 巻: 7
  • DOI: 10.7554/elife.32510
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Multizonal Cerebellar Influence Over Sensorimotor Areas of the Rat Cerebral Cortex (2017)
  • 著者名/発表者名: Aoki Sho、Coulon Patrice、Ruigrok Tom J H
  • 雑誌名: Cerebral Cortex 巻: in press 号: 2 ページ: 598-614
  • DOI: 10.1093/cercor/bhx343
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] Linking emotion to motion: an open cortico-basal ganglia loop allows limbic control over motor output (2019)
  • 著者名/発表者名: Sho Aoki
  • 学会等名: Neuro2019
  • 招待講演
• [学会発表] Linking emotion to motion: novel interaction across “limbic” and “motor” cortico-basal ganglia loops. (2019)
  • 著者名/発表者名: Sho Aoki
  • 学会等名: OIST workshop: Neural Circuits for Motor Behavior
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Multiple viral tracings reveal an anatomical hierarchy in cortico-basal ganglia loops. (2018)
  • 著者名/発表者名: Sho Aoki, Jared. B Smith, Masakazu Igarashi, Patrice Coulon, Jeffery R. Wickens, Xin Jin, Tom J.H. Ruigrok.
  • 学会等名: Society for Neuroscience 2018
  • 国際学会
• [学会発表] Anatomical evidence that multiple striatal regions influence motor cortex. (2017)
  • 著者名/発表者名: Sho Aoki, Masakazu Igarashi, Patrice Coulon, Jeffery R. Wickens, Tom J.H. Ruigrok
  • 学会等名: Society for Neuroscience 2017
  • 国際学会
• [学会発表] Anatomical evidence that multiple striatal regions influence motor cortex in the rat. (2017)
  • 著者名/発表者名: Sho Aoki, Masakazu Igarashi, Patrice Coulon, Jeffery R. Wickens, Tom J.H. Ruigrok
  • 学会等名: Procedural Learning Summer School
  • 国際学会