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学習による小脳構造マクロ可塑性の神経生物学的機構の解明研究

研究課題

研究課題/領域番号 19H03536
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51010:基盤脳科学関連
研究機関京都大学 (2020-2021)
国立研究開発法人国立精神・神経医療研究センター (2019)

研究代表者

花川 隆  京都大学, 医学研究科, 教授 (30359830)

研究分担者 阿部 弘基  横浜市立大学, 医学部, 助教 (40737409)
阿部 十也  国立研究開発法人国立精神・神経医療研究センター, 脳病態統合イメージングセンター, 部長 (60588515)
星野 幹雄  国立研究開発法人国立精神・神経医療研究センター, 神経研究所 病態生化学研究部, 部長 (70301273)
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
17,680千円 (直接経費: 13,600千円、間接経費: 4,080千円)
2021年度: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2020年度: 4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)
2019年度: 9,360千円 (直接経費: 7,200千円、間接経費: 2,160千円)
キーワード学習 / 神経可塑性 / 神経画像 / MRI / 顕微鏡 / 小脳 / 脳可塑性 / AMPA受容体 / ポジトロン断層像 / 組織学
研究開始時の研究の概要

ヒトの知性を支える脳の神経可塑的変化が、MRIで測定できることが明らかになってきたが、その背景となる神経細胞・分子メカニズムは未知である。われわれは、ラットの学習に伴い小脳の一部に脳構造可塑性が生じることを発見した。この実験系を用いて、AMPA受容体PETによる可塑性イメージングと細胞組織学的・遺伝子発現の検討を組み合わせ、AMPA受容体を発現しているシナプスの変化が脳構造マクロ可塑性に寄与しているという仮説を検証する。AMPA受容体PET技術が動物で確立すればヒトにも応用する。本研究は、可塑性の新しい分子細胞神経機構の理解の端緒となり、記憶障害に抵抗する新たな薬剤の開発に繋がる可能性がある。

研究成果の概要

プログラミング学習における小脳灰白質容積の変化など、経験や訓練の基盤となるヒト脳の神経可塑的変化が、MRIで測定可能なマクロ構造指標として測定できることが明らかとなってきた。しかしこの現象の背景となる神経細胞、分子メカニズムは未だ不明である。我々は、ラットのオペラント学習に伴う小脳マクロ可塑性が生じることを発見した。この実験系を用いて、組織学的検討とAMPA受容体PETによる可塑性イメージングによりAMPA受容体を発現するシナプスの変化が脳構造マクロ可塑性に寄与しているという仮説を検証した。8匹のオペラント学習後ラットと対照ラットからAMPA受容体PET画像を得て解析を行なっている。

研究成果の学術的意義や社会的意義

脳構造マクロ可塑性の背景となる分子メカニズムはほとんど解明されていない。今後の解析により学習を支える脳構造マクロ可塑性の分子メカニズムが明らかになれば、ギャップの大きい分子レベルの神経科学的知見とMRIなど神経回路レベルの神経科学的知見が連結する契機となる。また、この知見は、学習障害の病態解明、神経損傷回復からのリハビリテーションによる促進、学習を促進するための創薬など幅広い社会応用の道筋が開けると期待される。

報告書

(4件)
  • 2021 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2020 実績報告書
  • 2019 実績報告書
  • 研究成果

    (30件)

すべて 2022 2021 2020 2019 その他

すべて 雑誌論文 (19件) (うち国際共著 4件、 査読あり 18件、 オープンアクセス 15件) 学会発表 (9件) (うち招待講演 7件) 備考 (2件)

  • [雑誌論文] Increased grey matter volume in visual areas induced by logographic character acquisition in adult alphabetic language speakers2022

    • 著者名/発表者名
      Tu L, Zhou F, Omata K, Li W, Huang R, Gao W, Zhu Z, Li Y, Liu C, Mao M, Zhang S, Hanakawa T
    • 雑誌名

      Front Pychol

      巻: online

    • DOI

      10.3389/fpsyg.2022.824219

    • 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] Brain-Machine Interfaceによる脳卒中後機能回復の展望2022

    • 著者名/発表者名
      闃ア蟾? 髫?
    • 雑誌名

      医学のあゆみ

      巻: 280 ページ: 1121-1124

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [雑誌論文] Translational medicine of the glutamate AMPA receptor2021

    • 著者名/発表者名
      MIYAZAKI Tomoyuki、ABE Hiroki、UCHIDA Hiroyuki、TAKAHASHI Takuya
    • 雑誌名

      Proceedings of the Japan Academy. Ser. B: Physical and Biological Sciences

      巻: 97 号: 1 ページ: 1-21

    • DOI

      10.2183/pjab.97.001

    • NAID

      130007966417

    • ISSN
      0386-2208, 1349-2896
    • 年月日
      2021-01-08
    • 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] Neuroplasticity Caused by Peripheral Proprioceptive Deficits2021

    • 著者名/発表者名
      SHITARA HITOSHI、ICHINOSE TSUYOSHI、SHIMOYAMA DAISUKE、SASAKI TSUYOSHI、HAMANO NORITAKA、KAMIYAMA MASATAKA、TAJIKA TSUYOSHI、YAMAMOTO ATSUSHI、KOBAYASHI TSUTOMU、HANAKAWA TAKASHI、TSUSHIMA YOSHITO、TAKAGISHI KENJI、CHIKUDA HIROTAKA
    • 雑誌名

      Medicine and Science in Sports and Exercise

      巻: 54 号: 1 ページ: 28-37

    • DOI

      10.1249/mss.0000000000002775

    • 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] Wrist and finger motor representations embedded in the cerebral and cerebellar resting-state activation2021

    • 著者名/発表者名
      Kusano Toshiki、Kurashige Hiroki、Nambu Isao、Moriguchi Yoshiya、Hanakawa Takashi、Wada Yasuhiro、Osu Rieko
    • 雑誌名

      Brain Structure and Function

      巻: 226 号: 7 ページ: 2307-2319

    • DOI

      10.1007/s00429-021-02330-8

    • 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] Aberrant Cerebello-Cortical Connectivity in Pianists With Focal Task-Specific Dystonia2021

    • 著者名/発表者名
      Kita Kahori、Furuya Shinichi、Osu Rieko、Sakamoto Takashi、Hanakawa Takashi
    • 雑誌名

      Cerebral Cortex

      巻: 31 号: 10 ページ: 4853-4863

    • DOI

      10.1093/cercor/bhab127

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] It Is Time to Study Overlapping Molecular and Circuit Pathophysiologies in Alzheimer’s and Lewy Body Disease Spectra2021

    • 著者名/発表者名
      Wakasugi Noritaka、Hanakawa Takashi
    • 雑誌名

      Frontiers in Systems Neuroscience

      巻: 15

    • DOI

      10.3389/fnsys.2021.777706

    • 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] Prefrontal network dysfunctions in rapid eye movement sleep behavior disorder2021

    • 著者名/発表者名
      Wakasugi Noritaka、Togo Hiroki、Mukai Yohei、Nishikawa Noriko、Sakamoto Takashi、Murata Miho、Takahashi Yuji、Matsuda Hiroshi、Hanakawa Takashi
    • 雑誌名

      Parkinsonism & Related Disorders

      巻: 85 ページ: 72-77

    • DOI

      10.1016/j.parkreldis.2021.03.005

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] The neural correlates of gait improvement by rhythmic sound stimulation in adults with Parkinson's disease ? A functional magnetic resonance imaging study2021

    • 著者名/発表者名
      Nishida Daisuke、Mizuno Katsuhiro、Yamada Emi、Hanakawa Takashi、Liu Meigen、Tsuji Tetsuya
    • 雑誌名

      Parkinsonism & Related Disorders

      巻: 84 ページ: 91-97

    • DOI

      10.1016/j.parkreldis.2021.02.010

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Age of Acquisition of Mandarin Modulates Cortical Thickness in High-Proficient Cantonese?Mandarin Bidialectals2020

    • 著者名/発表者名
      Tu Liu、Niu Meiqi、Pan Ximin、Hanakawa Takashi、Liu Xiaojin、Lu Zhi、Gao Wei、Ouyang Dan、Zhang Meng、Li Shiya、Wang Junjing、Jiang Bo、Huang Ruiwang
    • 雑誌名

      Journal of Psycholinguistic Research

      巻: NA 号: 4 ページ: 723-736

    • DOI

      10.1007/s10936-020-09716-5

    • 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] Plastic frontal pole cortex structure related to individual persistence for goal achievement2020

    • 著者名/発表者名
      Chihiro Hosoda, Satoshi Tsujimoto, Masaru Tatekawa, Manabu Honda, Rieko Osu, Takashi Hanakawa
    • 雑誌名

      communications biology

      巻: 0 号: 1 ページ: 0-0

    • DOI

      10.1038/s42003-020-0930-4

    • 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] Comparison of Phase Synchronization Measures for Identifying Stimulus-Induced Functional Connectivity in Human Magnetoencephalographic and Simulated Data2020

    • 著者名/発表者名
      Kenji Yoshinaga, Masao Matsuhashi, Tatsuya Mima, Hidenao Fukuyama, Ryosuke Takahashi, Takashi Hanakawa, Akio Ikeda
    • 雑誌名

      Front Neurosci

      巻: 14 ページ: 648-648

    • DOI

      10.3389/fnins.2020.00648

    • 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] Electrophysiological Effects of Transcranial Direct Current Stimulation on Neural Activity in the Rat Cortex2020

    • 著者名/発表者名
      Tomoko Tanaka, Yoshikazu Isomura, Kazuto Kobayashi, Takashi Hanakawa, Satoshi Tanaka, and Manabu Honda
    • 雑誌名

      Frontiers in Neuroscience

      巻: - ページ: 1-10

    • DOI

      10.3389/fnins.2020.00495

    • 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 / 国際共著
  • [雑誌論文] DSCAM regulates delamination of neurons in the developing midbrain2020

    • 著者名/発表者名
      Arimura Nariko、Okada Mako、Taya Shinichiro、Dewa Ken-ichi、Tsuzuki Akiko、Uetake Hirotomo、Miyashita Satoshi、Hashizume Koichi、Shimaoka Kazumi、Egusa Saki、Nishioka Tomoki、Yanagawa Yuchio、Yamakawa Kazuhiro、Inoue Yukiko U.、Inoue Takayoshi、Kaibuchi Kozo、Hoshino Mikio
    • 雑誌名

      Science Advances

      巻: 6 号: 36 ページ: 1693-1693

    • DOI

      10.1126/sciadv.aba1693

    • 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] AUTS2 regulation of synapses for proper synaptic inputs and social communication.2020

    • 著者名/発表者名
      Hori Kei、Yamashiro Kunihiko、Nagai Taku、... Yamada Mitsuhiko、Yamada Kiyofumi、Hoshino Mikio
    • 雑誌名

      iScience

      巻: ー 号: 6 ページ: 101183-101183

    • DOI

      10.1016/j.isci.2020.101183

    • 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] The role of SCFSkp2 and SCFβ-TrCP1/2 in the cerebellar granule cell precursors2020

    • 著者名/発表者名
      Yamashita M, Owa T, Shiraishi R, Adachi T, Ichijo K, Taya S, Miyashita S, Hoshino M
    • 雑誌名

      Genes Cells

      巻: (12) 号: 12 ページ: 796-810

    • DOI

      10.1111/gtc.12813

    • 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] AUTS2 Governs Cerebellar Development, Purkinje Cell Maturation, Motor Function and Social Communication2020

    • 著者名/発表者名
      Yamashiro Kunihiko、Hori Kei、Lai Esther S.K.、Aoki Ryo、Shimaoka Kazumi、Arimura Nariko、Egusa Saki F.、Sakamoto Asami、Abe Manabu、Sakimura Kenji、Watanabe Takaki、Uesaka Naofumi、Kano Masanobu、Hoshino Mikio
    • 雑誌名

      iScience

      巻: 23 号: 12 ページ: 101820-101820

    • DOI

      10.1016/j.isci.2020.101820

    • NAID

      120006979860

    • 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 / 国際共著
  • [雑誌論文] Impaired adaptive motor learning is correlated with cerebellar gray matter atrophy in spinocerebellar ataxia patients: A voxel-based morphometry study.2019

    • 著者名/発表者名
      Bando K, Honda T, Takahashi Y, Ishikawa K, Mizusawa H, Hanakawa T
    • 雑誌名

      Front Neurol

      巻: 10 ページ: 1183-1183

    • DOI

      10.3389/fneur.2019.01183

    • 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] Neuroanatomical Basis of Individuality in Muscle Tuning Function: Neural Correlates of Muscle Tuning2019

    • 著者名/発表者名
      Kahori Kita,Rieko Osu,Chihiro Hosoda,Manabu Honda,Takashi Hanakawa,Jun Izawa
    • 雑誌名

      Frontiers in Behavioral Neuroscience

      巻: 13:28 ページ: 00028-00028

    • DOI

      10.3389/fnbeh.2019.00028

    • NAID

      120007127915

    • 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
  • [学会発表] 画像から読み解く局所性ジストニアの起源―音楽家のジストニアを中心にー2021

    • 著者名/発表者名
      花川隆
    • 学会等名
      第62回日本神経学会学術大会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 安静時機能結合fMRIは何を測定しているか?2021

    • 著者名/発表者名
      花川隆
    • 学会等名
      第51回日本臨床神経生理学会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 高齢者神経疾患発症前段階における脳機能結合の適応的変化2021

    • 著者名/発表者名
      花川隆
    • 学会等名
      第51回日本臨床神経生理学会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] パーキンソン病スペクトラムのコネクトーム解析2021

    • 著者名/発表者名
      花川隆
    • 学会等名
      第39回_本神経治療学会学術集会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Neuronal progenitors and synapses in psychiatric disease mouse model2020

    • 著者名/発表者名
      Hoshino M, Hori K
    • 学会等名
      第43回日本神経科学会大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] AIとBMIを支える機械学習技術の現状と脳神経内科臨床応用への展望2020

    • 著者名/発表者名
      花川 隆
    • 学会等名
      第61回日本神経学会学術大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] マルチモーダルイメージングによる神経疾患の病態解明2020

    • 著者名/発表者名
      花川 隆
    • 学会等名
      第22回日本ヒト脳機能マッピング学会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Molecular imaging of functional recovery process aiming for a development of rehabilitation accelerating agent2019

    • 著者名/発表者名
      Hiroki Abe, Susumu Jitsuki, Waki Nakajima, Yumi Murata, Aoi Jituski-Takahashi, Tomoyuki Miyazaki, Hirobumi Tada, Akane Sano, Kumiko Suyama. Nobuyuki Mochizuki, Takashi Komori, Hitoshi Masuyama, Tomohiro Okuda, Yoshio Goshima, Noriyuki Higo, Takuya Takahashi
    • 学会等名
      第42回日本神経科学会NEURO2019
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Cerebellar macroneuroplasticity following operant conditioning learning in rats as studied by MRI.2019

    • 著者名/発表者名
      Sugai C, Hori Y, Hanakawa T
    • 学会等名
      第42回日本神経科学会NEURO2019
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [備考] マクロ神経可塑性研究

    • URL

      https://www.med.kyoto-u.ac.jp/organization-staff/research/doctoral_course/r-017/

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [備考] 脳統合イメージング

    • URL

      http://www.med.kyoto-u.ac.jp/organization-staff/research/doctoral_course/r-017/

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書

URL: 

公開日: 2019-04-18   更新日: 2023-01-30  

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