化学遺伝学による、柔軟な行動を実現するための霊長類神経経路機能の解明

• 研究課題/領域番号: 18K15353
• 研究種目: 若手研究
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 小区分51020:認知脳科学関連
• 研究機関: 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構
• 研究代表者: 小山 佳 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 量子医科学研究所 脳機能イメージング研究部, 研究員 (50615250)
• 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: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円); 2020年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2019年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2018年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
• キーワード: 霊長類 / 化学遺伝学 / 前頭前野 / 大脳基底核 / 視床 / 前頭連合野 / 経路選択的機能阻害 / 線条体 / 前頭眼窩野 / 経路選択的阻害 / 報酬 / 意思決定

研究成果の概要

本研究は、これまでに前頭眼窩野の関与が示唆されている柔軟な行動選択において、異なる皮質下領域との相互作用に基づいて実現されているという作業仮説を立て、それぞれ検証することを目的として実験を行った。その結果、前頭眼窩野から線条体へと至る経路の抑制を行った際には、報酬の価値を逐次（モデルフリーに）アップデートする機能に障害が生じた。また、前頭眼窩野から視床MD核へと至る経路の抑制を行った際には、価値をルールに基づいて（モデルベースに）切り替える機能に障害が生じた。これらの結果は、前頭眼窩野からそれぞれの領域へと至る経路が、柔軟な行動選択をするうえでそれぞれ異なる役割を果たしていることを示唆する。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究成果は霊長類前頭前野を中心とした神経経路の機能的役割を明らかにした基礎脳科学的成果に加え、霊長類脳機能を探索する上での新奇な方法論の確立、および当該神経経路の破綻が原因と目されている精神疾患の治療法の確立に向けて重要な知見を提供した。

研究成果

• [雑誌論文] Chronic Behavioral Manipulation via Orally Delivered Chemogenetic Actuator in Macaques (2022)
  • 著者名/発表者名: Oyama Kei、Hori Yukiko、Nagai Yuji、Miyakawa Naohisa、Mimura Koki、Hirabayashi Toshiyuki、Inoue Ken-ichi、Takada Masahiko、Higuchi Makoto、Minamimoto Takafumi
  • 雑誌名: The Journal of Neuroscience 巻: 42 号: 12 ページ: 2552-2561
  • DOI: 10.1523/jneurosci.1657-21.2021
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Chemogenetic dissection of the primate prefronto-subcortical pathways for working memory and decision-making (2021)
  • 著者名/発表者名: Oyama Kei、Hori Yukiko、Nagai Yuji、Miyakawa Naohisa、Mimura Koki、Hirabayashi Toshiyuki、Inoue Ken-ichi、Suhara Tetsuya、Takada Masahiko、Higuchi Makoto、Minamimoto Takafumi
  • 雑誌名: Science Advances 巻: 7 号: 26 ページ: 1-9
  • DOI: 10.1126/sciadv.abg4246
  • NAID: 120007089253
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Deschloroclozapine, a potent and selective chemogenetic actuator enables rapid neuronal and behavioral modulations in mice and monkeys (2020)
  • 著者名/発表者名: Nagai Yuji, Miyakawa Naohisa et al.
  • 雑誌名: Nature Neuroscience 巻: 23 号: 9 ページ: 1157-1167
  • DOI: 10.1038/s41593-020-0661-3
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Signaling Incentive and Drive in the Primate Ventral Pallidum for Motivational Control of Goal-Directed Action (2019)
  • 著者名/発表者名: Fujimoto Atsushi、Hori Yukiko、Nagai Yuji、Kikuchi Erika、Oyama Kei、Suhara Tetsuya、Minamimoto Takafumi
  • 雑誌名: The Journal of Neuroscience 巻: 39 号: 10 ページ: 1793-1804
  • DOI: 10.1523/jneurosci.2399-18.2018
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] dissection of the primate prefronto-subcortical pathways for higher-order functions (2021)
  • 著者名/発表者名: Kei Oyama
  • 学会等名: 第44回日本神経科学大会
  • 国際学会
• [学会発表] DREADDを用いた経路選択的阻害法による、サル前頭前野と視床MD核及び線条体を結ぶ神経経路のワーキングメモリにおける役割の解明 (2020)
  • 著者名/発表者名: Kei Oyama, Yukiko Hori, Yuji Nagai, Naohisa Miyakawa, Koki Mimura, Toshiyuki Hirabayashi, Ken-ichi Inoue, Masahiko Takada, Makoto Higuchi, Takafumi Minamimoto
  • 学会等名: 第43回日本神経科学大会
  • 国際学会
• [学会発表] DREADDによる、報酬を基にした柔軟な意思決定におけるサル前頭眼窩野とその皮質下領域への経路の役割の解明 (2019)
  • 著者名/発表者名: Kei Oyam小山 佳, 堀 由紀子, 永井 裕司, 平林 敏行, 宮川 尚久, 藤本 淳, 三村 喬生, 井上 謙一, Mark A.G. Eldridge, Richard C Saunders, 須原 哲也, 高田 昌彦, 樋口 真人, Barry J. Richmond, 南本 敬史
  • 学会等名: 日本神経科学学会
  • 国際学会