領野・入力特異的な皮質線条体経路を介する行動制御の神経回路メカニズム

• 研究課題/領域番号: 18H02545
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分46030:神経機能学関連
• 研究機関: 福島県立医科大学
• 研究代表者: 小林 和人 福島県立医科大学, 医学部, 教授 (90211903)
• 研究分担者: 西澤 佳代 福島県立医科大学, 医学部, 助教 (30644108) ; 瀬戸川 将 福島県立医科大学, 医学部, 博士研究員 (30760508) ; 加藤 成樹 福島県立医科大学, 医学部, 准教授 (90443879)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2021-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2020年度)
• 配分額: 14,820千円 (直接経費: 11,400千円、間接経費: 3,420千円); 2020年度: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円); 2019年度: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円); 2018年度: 6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円)
• キーワード: 経路選択的操作 / 細胞標的法 / 化学遺伝学 / オペラント学習 / 皮質線条体路

研究成果の概要

本研究課題では、運動野と聴覚野に由来する経路に着目して行動制御におけるそれぞれの神経路の機能の解明に取り組んだ。神経路標的法および化学遺伝学により一次運動野（M1）皮質線条体ニューロンが習慣行動の形成に重要なことを見出した。M1のPT型ニューロンの選択的除去により習慣行動に緩和な低下が認められ、IT型については現在、その役割について解析を進めている。小動物PETおよび多点電気生理実験により、聴覚弁別学習に後部腹側線条体(pVLS)が関与することを見出した。pVLSへは二次聴覚野と島皮質から主要な投射があった。今後、聴覚弁別における皮質入力の役割の解析を行う計画である。

研究成果の学術的意義や社会的意義

大脳皮質と基底核を結ぶネットワークは、学習の獲得、実行、行動切り替えなどさまざまな行動制御に関わることが知られているが、それぞれの皮質領野から線条体に入力する経路の役割や異なる投射特性を持つIT型・PT型ニューロンの機能の相違についてはほとんど研究が進んでいない。これらの多様な特性を持つ皮質線条体ニューロンの機能を明らかにすることは学術的な意義が深い。また、皮質線条体路の異常は、統合失調症、注意多動性障害、依存などの精神疾患の病態と深く関連することから、これらの経路の生理機能の理解は精神疾患の病態解明や治療法の開発に繋がる可能性がある。

研究成果

• [雑誌論文] Pseudotyped lentiviral vectors for tract-targeting and application for the functional control of selective neural circuits. (2020)
  • 著者名/発表者名: Kato, S. and Kobayashi, K.
  • 雑誌名: J Neurosci. Methods 巻: 344 ページ: 108854-108854
  • DOI: 10.1016/j.jneumeth.2020.108854
  • 査読あり
• [雑誌論文] The Emergence of a Stable Neuronal Ensemble from a Wider Pool of Activated Neurons in the Dorsal Medial Prefrontal Cortex during Appetitive Learning in Mice (2019)
  • 著者名/発表者名: Brebner Leonie S.、Ziminski Joseph J.、Margetts-Smith Gabriella、Sieburg Meike C.、Reeve Hayley M.、Nowotny Thomas、Hirrlinger Johannes、Heintz Tristan G.、Lagnado Leon、Kato Shigeki、Kobayashi Kazuto、Ramsey Leslie A.、Hall Catherine N.、Crombag Hans S.、Koya Eisuke
  • 雑誌名: The Journal of Neuroscience 巻: 40 号: 2 ページ: 395-410
  • DOI: 10.1523/jneurosci.1496-19.2019
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Impaired cortico-striatal excitatory transmission triggers epilepsy (2019)
  • 著者名/発表者名: Miyamoto Hiroyuki、Tatsukawa Tetsuya、Shimohata Atsushi、Yamagata Tetsushi、Suzuki Toshimitsu、Amano Kenji、Mazaki Emi、Raveau Matthieu、Ogiwara Ikuo、Oba-Asaka Atsuko、Hensch Takao K.、Itohara Shigeyoshi、Sakimura Kenji、Kobayashi Kenta、Kobayashi Kazuto、Yamakawa Kazuhiro
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 10 号: 1 ページ: 1917-1917
  • DOI: 10.1038/s41467-019-09954-9
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Motor skills mediated through cerebellothalamic tracts projecting to the central lateral nucleus (2019)
  • 著者名/発表者名: Sakayori Nobuyuki、Kato Shigeki、Sugawara Masateru、Setogawa Susumu、Fukushima Hotaka、Ishikawa Rie、Kida Satoshi、Kobayashi Kazuto
  • 雑誌名: Molecular Brain 巻: 12 号: 13 ページ: 13-13
  • DOI: 10.1186/s13041-019-0431-x
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Chemical Landscape for Tissue Clearing Based on Hydrophilic Reagents. (2018)
  • 著者名/発表者名: Tainaka K, Murakami TC, Susaki EA, Shimizu C, Saito R, Takahashi K, Hayashi-Takagi A, Sekiya H, Arima Y, Nojima S, Ikemura M, Ushiku T, Shimizu Y, Murakami M, Tanaka KF, Iino M, Kasai H, Sasaoka T, Kobayashi K, Miyazono K, Morii E, Isa T, Fukayama M, Kakita A, Ueda HR.
  • 雑誌名: Cell Rep. 巻: 24 号: 8 ページ: 2196-2210
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2018.07.056
  • NAID: 120006542018
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Monitoring and updating of action selection for goal-directed behavior through the striatal direct and indirect pathways (2018)
  • 著者名/発表者名: Nonomura S, Nishizawa K, Sakai Y, Kawaguchi Y, Kato S, Uchigashima M, Watanabe M, Yamanaka K, Enomoto K, Chiken S, Sano H, Soma S, Yoshida J, Samejima K, Ogawa M, Kobayashi K, Nambu A, Isomura Y, Kimura M
  • 雑誌名: Neuron 巻: 99(6) 号: 6 ページ: 1302-1314
  • DOI: 10.1016/j.neuron.2018.08.002
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Task-dependent function of striatal cholinergic interneurons in behavioural flexibility (2017)
  • 著者名/発表者名: Okada Kana、Nishizawa Kayo、Setogawa Susumu、Hashimoto Kouichi、Kobayashi Kazuto
  • 雑誌名: Eur J Neurosci. 巻: - 号: 10 ページ: 1174-1183
  • DOI: 10.1111/ejn.13768
  • 査読あり
• [学会発表] 認知運動スキルの獲得を支える大脳基底核の神経回路シフト (2020)
  • 著者名/発表者名: 瀬戸川将、小林和人
  • 学会等名: 第７５回日本体力医学会
• [学会発表] The individual history of reward learning and stress responsibility: resilience induced by contingency learning between action and reward (2020)
  • 著者名/発表者名: Iguchi, Y., Hikishima, K., & Kobayashi, K
  • 学会等名: The 43rd Annual Meeting of the Japan Neuroscience Society
• [学会発表] Role of parietal cortex in the perception of movement (2020)
  • 著者名/発表者名: Megumi Fukuda, Maya Odagawa, Yasuhiro Oishi, Chie Matsubara, Shigeki Kato, Kazuto Kobayashi, Katsumi Watanabe, Masanori Murayama
  • 学会等名: The 43rd Annual Meeting of the Japan Neuroscience Society
• [学会発表] Thalamostriatal system controlling learning and behavioral flexibility (2019)
  • 著者名/発表者名: Kazuto Kobayashi
  • 学会等名: 28th International Conference on Neuroscience and Neurochemistry
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Different function of striatal sub-regions during acquisition of the auditory discrimination task (2019)
  • 著者名/発表者名: Susumu Setogawa, Takashi Okauchi, Di Hu, Nobuyuki Sakayori, Mika Shigeta, Keigo Hikishima, Hirotaka Onoe, Yilong Cui, Kazuto Kobayashi
  • 学会等名: 42nd Annual Meeting of the Japan Neuroscience Society
• [学会発表] Behavioral regulation through molecular genetic manipulation of selective neural circuit (2019)
  • 著者名/発表者名: Shigeki Kato, Masateru Sugawara, Kazuto Kobayashi
  • 学会等名: 42nd Annual Meeting of the Japan Neuroscience Society
• [学会発表] Behavioral selection and switching flexibility regulated by thalamustriatal circuit (2018)
  • 著者名/発表者名: Shigeki Kato, Kazuto Kobayashi
  • 学会等名: The 41st Annual Meeting of the Japan Neuroscience Society
• [学会発表] Identification of indirect pathway neurons and dopaminergic innervation in the rat dorsomedial striatum (2018)
  • 著者名/発表者名: Satoshi Nonomura, Shigeki Kato, Yoshio Iguchi, Kayo Nishizawa, Yutaka Sakai, Yasuo Kawaguchi, Atsushi Nambu, Masahiko Watanabe, Kazuto Kobayashi, Yoshikazu Isomura, Minoru Kimura
  • 学会等名: The 41st Annual Meeting of the Japan Neuroscience Society
• [学会発表] 神経回路の遺伝子操作による動物モデル研究 (2018)
  • 著者名/発表者名: 小林 和人
  • 学会等名: 第２９回東北動物実験研究会
  • 招待講演