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予測誤差により脊髄損傷後の巧緻運動の機能回復が駆動される神経機構の解明

研究課題

研究課題/領域番号 19H01011
研究種目

基盤研究(A)

配分区分補助金
応募区分一般
審査区分 中区分46:神経科学およびその関連分野
研究機関京都大学

研究代表者

伊佐 正  京都大学, 医学研究科, 教授 (20212805)

研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2022-03-31
研究課題ステータス 完了 (2021年度)
配分額 *注記
45,630千円 (直接経費: 35,100千円、間接経費: 10,530千円)
2021年度: 14,560千円 (直接経費: 11,200千円、間接経費: 3,360千円)
2020年度: 14,560千円 (直接経費: 11,200千円、間接経費: 3,360千円)
2019年度: 16,510千円 (直接経費: 12,700千円、間接経費: 3,810千円)
キーワード機能回復 / 運動制御 / 脊髄損傷 / 霊長類 / 半球間抑制 / 巧緻運動 / 回路操作 / ウイルスベクター / 予測誤差 / マカクザル / 運動野
研究開始時の研究の概要

中部頚髄において皮質脊髄路を損傷したサルが手指の巧緻運動を機能回復させる過程において、「損傷直後に観察される感覚運動野の高γ帯域の活動亢進」が予測誤差(運動指令の内部コピーと運動結果のフィードバックとの差)によって生じることを示す。次に、その予測誤差が計算される部位が後索系なのか小脳を介する経路なのかを感覚性視床(VPL核)及び運動性視床(VA核)からの神経活動記録によって明らかにする。そしてこの予測誤差信号が機能回復を引き起こすのに必須であることを、VPL核ないしはVA核の薬理学的機能阻害ないしはウィルスベクターを用いた経路遮断をこれら視床核から皮質感覚野への投射経路に適用することによって証明する。

研究成果の概要

ヒトの近縁種であるサルの中部頚髄(C4/C5髄節)における側索背側部を切断しても訓練により手指の巧緻運動は良く回復する。その際、両側運動関連領野の活動をECoG電極を用いて縦断的に記録したところ、回復初期に損傷同側運動前野において、運動開始時に活動の増加を認めた。この運動開始時の同側運動野の活動に対する反対側運動前野からの入力の効果を知るために、ウィルスベクター2重感染法とDREADD法を組み合わせて、反対側運動前野から同側運動前野に至る交連線維を可逆的に遮断したところ、損傷前は抑制性であった半球間の相互作用が損傷後は興奮性に転じ、同側運動前野の運動への関与を促進していることが明らかになった。

研究成果の学術的意義や社会的意義

従来より脳卒中や脊髄損傷の患者において、障害された手と同側の皮質運動関連領野の活動が増加することが知られていたが、その意義は明らかでなかった。今回の一連の研究により、少なくとも回復初期において、障害同側運動前野の活動が、脱抑制によって、反対側皮質によってもたらされ、かつ機能回復に貢献していることが明らかになったことは、運動障害のリハビリテーション治療を体系づける上での意義は大きいと考える。

報告書

(5件)
  • 2021 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2020 実績報告書
  • 2019 審査結果の所見   実績報告書
  • 研究成果

    (44件)

すべて 2022 2021 2020 2019 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (17件) (うち国際共著 5件、 査読あり 16件、 オープンアクセス 14件) 学会発表 (18件) (うち国際学会 9件、 招待講演 12件) 備考 (7件)

  • [国際共同研究] チュラロンコン大学(タイ)

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [国際共同研究] ルーバンカトリック大学(ベルギー)

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [雑誌論文] Amygdala Underlies the Environment Dependency of Defense Responses Induced via Superior Colliculus2022

    • 著者名/発表者名
      Isa Kaoru、Tokuoka Kota、Ikeda Sakura、Karimi Sara、Kobayashi Kenta、Sooksawate Thongchai、Isa Tadashi
    • 雑誌名

      Frontiers in Neural Circuits

      巻: 15 ページ: 768647-768647

    • DOI

      10.3389/fncir.2021.768647

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Double viral vector intersectional approaches for pathway-selective manipulation of motor functions and compensatory mechanisms2022

    • 著者名/発表者名
      Isa Tadashi
    • 雑誌名

      Experimental Neurology

      巻: 349 ページ: 113959-113959

    • DOI

      10.1016/j.expneurol.2021.113959

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Effects of Light Isoflurane Anesthesia on Organization of Direction and Orientation Selectivity in the Superficial Layer of the Mouse Superior Colliculus2022

    • 著者名/発表者名
      Masatoshi KASAI, Tadash ISA
    • 雑誌名

      J Neurosci

      巻: 42 号: 4 ページ: 619-630

    • DOI

      10.1523/jneurosci.1196-21.2021

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Visual instrumental learning in blindsight monkeys2021

    • 著者名/発表者名
      Kato Rikako、Zeghbib Abdelhafid、Redgrave Peter、Isa Tadashi
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 11 号: 1 ページ: 14819-14819

    • DOI

      10.1038/s41598-021-94192-7

    • NAID

      120007147049

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Neural Mechanism of Blindsight in a Macaque Model2021

    • 著者名/発表者名
      Isa Tadashi、Yoshida Masatoshi
    • 雑誌名

      Neuroscience

      巻: 469 ページ: 138-161

    • DOI

      10.1016/j.neuroscience.2021.06.022

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] The tectum/superior colliculus as the vertebrate solution for spatial sensory integration and action2021

    • 著者名/発表者名
      Isa Tadashi、Marquez-Legorreta Emmanuel、Grillner Sten、Scott Ethan K.
    • 雑誌名

      Current Biology

      巻: 31 号: 11 ページ: R741-R762

    • DOI

      10.1016/j.cub.2021.04.001

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Divergent Whole Brain Projections from the Ventral Midbrain in Macaques2021

    • 著者名/発表者名
      Zubair Muhammad、Murris Sjoerd R、Isa Kaoru、Onoe Hirotaka、Koshimizu Yoshinori、Kobayashi Kenta、Vanduffel Wim、Isa Tadashi
    • 雑誌名

      Cerebral Cortex

      巻: 31 号: 6 ページ: 2913-2931

    • DOI

      10.1093/cercor/bhaa399

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書 2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Double viral vector technology for selective manipulation of neural pathways with higher level of efficiency and safety2021

    • 著者名/発表者名
      Koshimizu Yoshinori、Isa Kaoru、Kobayashi Kenta、Isa Tadashi
    • 雑誌名

      Gene Therapy

      巻: online ahead of print 号: 6 ページ: 339-350

    • DOI

      10.1038/s41434-020-00212-y

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書 2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] The posterior parietal cortex contributes to visuomotor processing for saccades in blindsight macaques2021

    • 著者名/発表者名
      Kato Rikako、Hayashi Takuya、Onoe Kayo、Yoshida Masatoshi、Tsukada Hideo、Onoe Hirotaka、Isa Tadashi、Ikeda Takuro
    • 雑誌名

      Communications Biology

      巻: online ahead of print 号: 1 ページ: 278-278

    • DOI

      10.1038/s42003-021-01804-z

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Contribution of the Pulvinar and Lateral Geniculate Nucleus to the Control of Visually Guided Saccades in Blindsight Monkeys2020

    • 著者名/発表者名
      Takakuwa Norihiro、Isa Kaoru、Onoe Hirotaka、Takahashi Jun、Isa Tadashi
    • 雑誌名

      The Journal of Neuroscience

      巻: 41 号: 8 ページ: 1755-1768

    • DOI

      10.1523/jneurosci.2293-20.2020

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] The Ventral Striatum is a Key Node for Functional Recovery of Finger Dexterity After Spinal Cord Injury in Monkeys2019

    • 著者名/発表者名
      Suzuki Michiaki、Onoe Kayo、Sawada Masahiro、Takahashi Nobuaki、Higo Noriyuki、Murata Yumi、Tsukada Hideo、Isa Tadashi、Onoe Hirotaka、Nishimura Yukio
    • 雑誌名

      Cerebral Cortex

      巻: 30 号: 5 ページ: 3259-3270

    • DOI

      10.1093/cercor/bhz307

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書 2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Dexterous Hand Movements and Their Recovery After Central Nervous System Injury2019

    • 著者名/発表者名
      Isa Tadashi
    • 雑誌名

      Annual Review of Neuroscience

      巻: 42 号: 1 ページ: 315-335

    • DOI

      10.1146/annurev-neuro-070918-050436

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Neuronal and microglial localization of secreted phosphoprotein 1 (osteopontin) in intact and damaged motor cortex of macaques2019

    • 著者名/発表者名
      Sugiyama Yoko、Oishi Takao、Yamashita Akiko、Murata Yumi、Yamamoto Tatsuya、Takashima Ichiro、Isa Tadashi、Higo Noriyuki
    • 雑誌名

      Brain Research

      巻: 1714 ページ: 52-64

    • DOI

      10.1016/j.brainres.2019.02.021

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] The somatosensory cortex receives information about motor output2019

    • 著者名/発表者名
      Umeda Tatsuya、Isa Tadashi、Nishimura Yukio
    • 雑誌名

      Science Advances

      巻: 5 号: 7 ページ: 5388-5388

    • DOI

      10.1126/sciadv.aaw5388

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Dynamic Interaction between Cortico-Brainstem Pathways during Training-Induced Recovery in Stroke Model Rats2019

    • 著者名/発表者名
      Ishida A, Kobayashi K, Ueda Y, Shimizu T, Tajiri N, Isa T, Hida H
    • 雑誌名

      J Neurosci

      巻: 39 号: 37 ページ: 7306-7320

    • DOI

      10.1523/jneurosci.0649-19.2019

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Alternative routes for recovery of hand functions after corticospinal tract injury in primates and rodents2019

    • 著者名/発表者名
      Isa Tadashi、Mitsuhashi Masahiro、Yamaguchi Reona
    • 雑誌名

      Current Opinion in Neurology

      巻: 32 号: 6 ページ: 836-843

    • DOI

      10.1097/wco.0000000000000749

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Difference in context-dependency between orienting and defense-like responses induced by the superior colliculus2019

    • 著者名/発表者名
      Isa Kaoru、Sooksawate Thongchai、Kobayashi Kenta、Kobayashi Kazuto、Redgrave Peter、Isa Tadashi
    • 雑誌名

      bioRxiv

      巻: 729772 ページ: 729772-729772

    • DOI

      10.1101/729772

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] Dynamics of global brain networks for recovery from spinal cord injury2022

    • 著者名/発表者名
      Tadashi Isa
    • 学会等名
      The 7th CiNet Conference: New horizons in brain mapping
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Induction of large-scaled adult brain plasticity for neuronal repair2022

    • 著者名/発表者名
      Tadashi Isa
    • 学会等名
      The 25th Thai Neuroscience Society Conference 2022 (TNS25)
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] How the brain works for recovery from spinal cord injury2021

    • 著者名/発表者名
      Tadashi Isa
    • 学会等名
      Mongolian Neuroscience Society Meeting
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 盲視の脳内メカニズム  -非ヒト科霊長類を用いた研究について-2021

    • 著者名/発表者名
      伊佐 正
    • 学会等名
      視覚科学フォーラム
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Neural circuit mechanism of functional recovery after brain and spinal cord injury2021

    • 著者名/発表者名
      Tadashi Isa
    • 学会等名
      第98回日本生理学大会 萩原生長記念レクチャー
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Massive re-routing of corticospinal projection after functional recovery from spinal cord injury in the macaque monkey2021

    • 著者名/発表者名
      Satoko Ueno, Reona Yamaguchi, Kaoru Isa, Toshinari Kawasaki, Masahiro Mitsuhashi, Tadashi Isa
    • 学会等名
      第98回日本生理学大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] Systems neuroscience of functional recovery after brain and spinal cord Injury2020

    • 著者名/発表者名
      Tadashi Isa
    • 学会等名
      1st Taiwan Society for Neuroscience Meeting (Plenary Lecture)
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Massive re-routing of the corticospinal tract fibers accompanying recovery from spinal cord injury in macaque monkey2020

    • 著者名/発表者名
      Satoko Ueno, Reona Yamaguchi, Kaoru Isa, Toshinari Kawasaki, Masahiro Mitsuhashi, Tadashi Isa
    • 学会等名
      第43回日本神経科学大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] ontribution of interhemispheric pathways between the motor-related cortical areas during recovery after the corticospinal tract lesion in macaque monkeys2020

    • 著者名/発表者名
      Masahiro Mitsuhashi, Reona Yamaguchi, Toshinari Kawasaki, Satoko Ueno, Tadashi Isa
    • 学会等名
      第43回日本神経科学大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] Global disinhibition across cortical networks for recovery of hand movements after spinal cord injury2020

    • 著者名/発表者名
      Reona Yamaguchi, Toshinari Kawasaki, Zenas C Chao, Masahiro Mitsuhashi, Satoko Ueno, Tadashi Isa
    • 学会等名
      第43回日本神経科学大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] Resting-state functional connectivity with electrocorticography as a biomarker of motor recovery after spinal cord injury in macaque monkeys2020

    • 著者名/発表者名
      Toshinari Kawasaki, Reona Yamaguchi, Zenas C Chao, Masahiro Mitsuhashi, Satoko Ueno, Yukihiro Yamao, Takayuki Kikuchi, Kazumichi Yoshida, Susumu Miyamoto, Tadashi Isa
    • 学会等名
      第43回日本神経科学大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] How does the non-conscious visuo-motor function emerge after damage to the primary motor cortex?2020

    • 著者名/発表者名
      Tadashi Isa
    • 学会等名
      1st CU-KU Symposium and 4th CU-NIPS Symposium "Advances in Neuroscience Research"
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Activity of frontal network for performance of forced-choice manual response task in blindsight monkey2019

    • 著者名/発表者名
      Yusuke Yamamoto, Reona Yamaguchi, Tomohiko Takei, Zenas C. Chao, Tadashi Isa
    • 学会等名
      Annual Meeting of the Society for Neuroscience
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Neural mechanisms and functions of blindsight2019

    • 著者名/発表者名
      Tadashi Isa
    • 学会等名
      IBRO2019 Symposium
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Cortical oscillatory network for recovery from spinal cord injury2019

    • 著者名/発表者名
      Tadashi Isa
    • 学会等名
      International Symposium on Neural Oscillation 2019
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Global disinhibition as a key mechanism for the recovery of hand functions after spinal cord injury2019

    • 著者名/発表者名
      Tadashi Isa
    • 学会等名
      The 29th Annual Meeting of the Society for Neural Control of Movement
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 機能回復の脳科学2019

    • 著者名/発表者名
      伊佐 正
    • 学会等名
      第3回全国在宅医療医歯薬連合会全国大会シンポジウム
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 基礎研究の魅力:日本神経科学学会会長から2019

    • 著者名/発表者名
      伊佐 正
    • 学会等名
      第60回日本神経学会学術集会 シンポジウム
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [備考] 京都大学大学院医学研究科 高次脳科学講座 神経生物学分野

    • URL

      https://nscinbiol.med.kyoto-u.ac.jp/

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書 2020 実績報告書
  • [備考] 京都大学ヒト生物学高等研究拠点 伊佐グループ

    • URL

      https://ashbi.kyoto-u.ac.jp/ja/groups/isa/

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書 2020 実績報告書
  • [備考] researchmap 伊佐正

    • URL

      https://researchmap.jp/tadashiisa/?lang=japanese

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [備考] 京都大学医学研究科・医学部 神経生物学

    • URL

      https://www.med.kyoto-u.ac.jp/organization-staff/research/doctoral_course/r-019/

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [備考] researchmap 伊佐 正

    • URL

      https://researchmap.jp/tadashiisa/?lang=japanese

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [備考] 京都大学医学研究科神経生物学分野

    • URL

      https://www.med.kyoto-u.ac.jp/organization-staff/research/doctoral_course/r-019/

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [備考] Project 01 脳・脊髄損傷からの機能回復機構

    • URL

      https://nscinbiol.med.kyoto-u.ac.jp/projects/

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書

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公開日: 2019-04-18   更新日: 2023-01-30  

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