大脳から小脳への二重伝達経路の機能的意義

• 研究課題/領域番号: 18K06529
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 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: 東京慈恵会医科大学
• 研究代表者: 石川 太郎 東京慈恵会医科大学, 医学部, 准教授 (50547916)
• 研究分担者: 志牟田 美佐 東京慈恵会医科大学, 医学部, 講師 (70609172)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2022-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2021年度)
• 配分額: 4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円); 2020年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円); 2019年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円); 2018年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
• キーワード: 大脳小脳連関 / プルキンエ細胞 / 小脳顆粒細胞 / 橋核 / 小脳 / 光遺伝学 / オプトジェネティクス / 体性感覚 / 運動学習

研究成果の概要

大脳皮質を光遺伝的に抑制できるマウスを用いて、顆粒細胞からのin vivo記録を行ったところ、顆粒細胞の触覚刺激応答は二峰性であり、遅い応答のみが大脳皮質依存的であった。プルキンエ細胞では、遅い単純スパイク応答と複雑スパイク応答が大脳皮質依存性であった。これらの結果は、個々の顆粒細胞が末梢と大脳皮質からの収束入力を結合してプルキンエ細胞に出力を送り、プルキンエ細胞はそれらの信号を大脳皮質からの登上線維信号と統合することを示していた。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究は実験動物（マウス）を用いて大脳から小脳への信号の連絡様式について基本的な仕組みを示したものだが、同様の回路はヒトでも機能しているものと考えられる。さらに、動物に比べて、ヒトはより大きな大脳を持つため、大脳と小脳の結びつき(大脳小脳連関)はより強力であると考えられている。小脳は体の運動の制御に重要であるが、それのみならず、近年では、原因が未だ明らかでない自閉症スペクトラム障害などの異常においても、大脳と小脳の連関の異常が影響していることが示唆されている。本研究で明らかになった回路原理は、様々な疾患とその治療の研究の基礎となるものである。

研究成果

• [雑誌論文] Multiple signals evoked by unisensory stimulation converge onto cerebellar granule and Purkinje cells in mice (2020)
  • 著者名/発表者名: Misa Shimuta, Izumi Sugihara, Taro Ishikawa
  • 雑誌名: Communications biology 巻: 3(1) 号: 1 ページ: 381-381
  • DOI: 10.1038/s42003-020-1110-2
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] De novo CACNA1G variants in developmental delay and early-onset epileptic encephalopathies (2020)
  • 著者名/発表者名: Misako Kunii, Hiroshi Doi, Shunta Hashiguchi, Toyojiro Matsuishi, Yasunari Sakai, Mizue Iai, Masaki Okubo, Haruko Nakamura, Keita Takahashi, Atsuko Katsumoto, Mikiko Tada, Hideyuki Takeuchi, Taro Ishikawa, Noriko Miyake, Hirotomo Saitsu, Naomichi Matsumoto, Fumiaki Tanaka
  • 雑誌名: Journal of the Neurological Sciences 巻: 416 ページ: 117047-117047
  • DOI: 10.1016/j.jns.2020.117047
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Convergence of unisensory-evoked signals via multiple pathways to the cerebellum (2019)
  • 著者名/発表者名: Misa Shimuta, Izumi Sugihara, Taro Ishikawa
  • 雑誌名: bioRxiv 巻: －
  • DOI: 10.1101/769000
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] Ataxic phenotype with altered CaV3.1 channel property in a mouse model for spinocerebellar ataxia 42 (2019)
  • 著者名/発表者名: Hashiguchi S, Doi H, Kunii M, Nakamura Y, Shimuta M, （32名略） Ishikawa T, Tanaka F
  • 雑誌名: Neurobiology of Disease 巻: 130 ページ: 104516-104516
  • DOI: 10.1016/j.nbd.2019.104516
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] 小脳における感覚信号の統合 (2022)
  • 著者名/発表者名: 石川太郎
  • 学会等名: 日本小脳学会第12回学術集会
  • 招待講演
• [学会発表] Multiple cortico-cerebellar pathways in sensory signaling (2020)
  • 著者名/発表者名: Taro Ishikawa
  • 学会等名: 第43回日本神経科学大会
  • 招待講演
• [学会発表] Convergence of sensory-evoked signals via multiple pathways in the cerebellum (2019)
  • 著者名/発表者名: Taro Ishikawa, Izumi Sugihara, Misa Shimuta
  • 学会等名: Society for Neuroscience Annual Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] プルキンエ細胞と顆粒細胞における大脳小脳連関信号の統合 (2019)
  • 著者名/発表者名: 石川太郎
  • 学会等名: 第13回Motor control研究会, シンポジウム「小脳が関与する制御機能の最前線 -基礎と臨床の融合を目指して」
  • 招待講演
• [学会発表] Convergence of sensory-evoked multi-pathway signals in the cerebellum (2019)
  • 著者名/発表者名: 志牟田美佐, 杉原泉, 石川太郎
  • 学会等名: 第42回日本神経科学大会
• [学会発表] Cerebellar integration of neocortical somatosensory signals (2019)
  • 著者名/発表者名: Misa Shimuta, Izumi Sugihara, Taro Ishikawa
  • 学会等名: FAOPS2019
  • 国際学会
• [学会発表] Cerebellar integration of multiple input signals (2018)
  • 著者名/発表者名: Misa Shimuta，Izumi Sugihara，Taro Ishikawa
  • 学会等名: The 75th Fujihara seminar
  • 国際学会
• [学会発表] Processing of sensory-evoked signals in the cerebro-cerebellar communication (2018)
  • 著者名/発表者名: Taro Ishikawa
  • 学会等名: 河北医科大学病理生理学高端学術論壇
  • 招待講演
• [備考] 研究室webページ
  • URL: http://www.jikei-pharm.com/member/ishikawa
• [備考] プレスリリース:大脳からの信号と末梢神経からの信号が小脳の神経回路において統合される
  • URL: http://www.jikei.ac.jp/news/press_release_20200716.html
• [備考] 小脳入力信号の機能的解析
  • URL: http://www.jikei-pharm.com/member/ishikawa