扁桃体神経活動が霊長類の顔認知および顔認知神経回路に及ぼす影響

• 研究課題/領域番号: 19K07811
• 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: 宮川 尚久 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, 主任研究員 (60415312)
• 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: 4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円); 2021年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円); 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: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
• キーワード: 脳機能操作 / 情動 / 視覚 / 霊長類 / 神経操作 / 情動反応 / 顔認知 / 表情認知 / 腹側視覚皮質 / 扁桃体 / 電気生理 / 化学遺伝学 / 腹側視覚野 / 神経回路

研究開始時の研究の概要

扁桃体が腹側視覚野とどのように協調して、顔の視覚情報処理を実現しているか、知覚、神経情報処理、神経回路の３つの側面から統合的に明らかにすることを目的とし、ヒト同様側頭葉が発達したマカクザルを対象として、申請者らがこれまで開発した広範囲で神経活動を計測するECoG記録法と、最新の化学遺伝学による脳活動操作とイメージングの融合技術によりアプローチする。本研究の成果は、現状の顔視覚情報処理の理解において、パラダイムシフトをもたらすとともに、ヒトのコミュニケーションの神経機構やその破綻の理解、そしてヒトの認知機能を模す人工知能への応用においても重要な意義をもたらす。

研究成果の概要

本研究では、脳の情動処理中枢である扁桃体が、視覚情報処理の中枢である大脳皮質腹側視覚皮質に及ぼす影響を評価するため、世界でも例の少ないマカクザルでの『化学遺伝学』を用いた局所的な脳活動への介入を行った。研究の前半では『化学遺伝学』の機能を飛躍的にあげる新しい薬剤の開発に成功した。研究の後半では、実際の扁桃体操作により、瞳孔の開き具合で計測した動物の情動的な反応と、皮質内脳波で計測した動物の情動視知覚の神経表現が変容することを見出した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

私たちヒトの社会的コミュニケーションを支える顔の視覚認知処理の神経機構は、腹側視覚皮質を中心に理解が進められてきた。一方、これまで情動に関連する脳領域とされてきた扁桃体が、短潜時で顔検知が可能であると報告されるなど、顔認知情報処理に重要な役割を果たす可能性が示されている。扁桃体は腹側視覚野とどのように協調して、顔の視覚情報処理を実現しているのだろうか？ 本研究はこの問いについて、脳の回路の機能操作とその結果の分析により、知覚、神経情報処理、神経回路の３つの側面から統合的かつ帰納的な解を与えることに成功した。

研究成果

• [国際共同研究] University of North Carolina/Mount Sinai Cntr Therapeut Discov(米国)
• [国際共同研究] University of North Carolina/Mount Sinai Cent. Therapeutic Discovery(米国)
• [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] Chemogenetic dissection of the primate prefronto-subcortical pathways for working memory and decision-making (2021)
  • 著者名/発表者名: Kei Oyama, Yukiko Hori, Yuji Nagai, Naohisa Miyakawa, Koki Mimura, Toshiyuki Hirabayashi, Ken-ichi Inoue, Tetsuya Suhara, Masahiko Takada, Makoto Higuchi, Takafumi Minamimoto
  • 雑誌名: Science Advances (in press) 巻: －
  • 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 Y, *Miyakawa N, Takuwa H, Hori Y, Oyama K, Ji B, Takahashi M, Huang XP, Slocum S, DiBerto JF, Xiong Y, Urushihata T, Hirabayashi T, Fujimoto F, Mimura K, English JG, Liu J, Inoue K, Kumata K, Seki C, Ono M, Shimojo M, Zhang MR, Tomita Y, Nakahara J, Suhara T, Takada M, Higuchi M, Jin J, Roth BL, Minamimoto T
  • 雑誌名: Nature Neuroscience 巻: -
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] Chemogenetic suppression of pharmacologically induced frontal lobe epilepsy in a macaque monkey (2021)
  • 著者名/発表者名: Miyakawa N, Nagai Y, Kawasaki K, Hori Y, Oyama K, Orihara A, Matsuo T, Suzuki T, Inoue K, Takada M, Suhara T, Higuchi M, Minamimoto T
  • 学会等名: 2021 American Epilepsy Society Annual Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] Chemogenetic suppression of pharmacologically-induced epilepsy in a macaque monkey (2021)
  • 著者名/発表者名: Miyakawa N, Nagai Y, Kawasaki K, Hori Y, Oyama K, Orihara A, Matsuo T, Suzuki T, Inoue K, Takada M, Suhara T, Higuchi M, Minamimoto T
  • 学会等名: 44th Annual Meeting of the Japan Neuroscience Society
  • 国際学会
• [学会発表] Effects of differences in facial surface properties on temporal cortical neuronal activity and discrimination learning in macaque monkeys (2021)
  • 著者名/発表者名: Kazuko Hayashi, Narihisa Matsumoto, Keiji Matsuda, Kenichiro Miura, Shigeru Yamane, Shin Matsuo, Keiji Yanai, Mark A. G. Eldridge, Richard C. Saunders, Barry J. Richmond, Yuji Nagai, Naohisa Miyakawa, Takafumi Minamimoto, Masato Okada, Kenji Kawano, Yasuko Sugase-Miyamoto
  • 学会等名: 44th Annual Meeting of the Japan Neuroscience Society
  • 国際学会
• [学会発表] 扁桃体が腹側視覚皮質における社会・情動性の視覚情報表現に果たす役割 ～化学遺伝学神経操作によるアプローチ (2020)
  • 著者名/発表者名: Naohisa Miyakawa, Yuji Nagai, Yukiko Hori, Takeshi Matsuo, Takafumi Suzuki, Ken-ichi Inoue, Toshiyuki Hirabayashi, Kei Oyama, Masahiko Takada, Tetsuya Suhara, Makoto Higuchi, Keisuke Kawasaki, Takafumi Minamimoto
  • 学会等名: 第43回日本神経科学大会
• [学会発表] Effects of different physical surface properties on face discrimination learning in macaque monkeys (2020)
  • 著者名/発表者名: Kazuko Hayashi, Narihisa Matsumoto, Keiji Matsuda, Kenichiro Miura, Shigeru Yamane, Shin Matsuo, Keiji Yanai, Mark A. G. Eldridge, Richard C. Saunders, Barry J. Richmond, Yuji Nagai, Naohisa Miyakawa, Takafumi Minamimoto, Masato Okada, Kenji Kawano, Yasuko Sugase-Miyamoto
  • 学会等名: 日本動物心理学会 第80回大会
• [学会発表] 扁桃体の持続的賦活化により腹側視覚皮質の顔‐表情の神経表現が変容する (2020)
  • 著者名/発表者名: 宮川 尚久
  • 学会等名: 2020生理研研究会「行動の多様性を支える神経基盤とその動作様式の解明」
  • 招待講演
• [学会発表] 扁桃体神経活動が腹側視覚野における他者の顔・表情の神経表現に及ぼす影響 (2019)
  • 著者名/発表者名: 宮川 尚久, 永井 裕司, 堀 由紀子, 南本 敬史
  • 学会等名: 生理研研究会「行動の多様性を支える神経基盤とその動作様式の解明」
• [学会発表] Amygdala dysfunction specifically disrupts socio-emotional representation in macaque ventral visual cortex (2019)
  • 著者名/発表者名: Miyakawa N, Nagai Y, Hori Y, Matsuo T, Suzuki T, Inoue K, Takada M, Suhara T, Kawasaki, K, Minamimoto T
  • 学会等名: International Symposium "Past, Present and Future of Shitsukan Science and Technologies"
  • 国際学会
• [学会発表] DREADD inactivation reveals critical role of orbitofrontal cortex in reward-based adaptive decision-making in monkeys (2019)
  • 著者名/発表者名: Oyama K, Hori Y, Nagai Y, Hirabayashi, T, Miyakawa N, Fujimoto A, Mimura K, Inoue K, Eldridge M, Saunders R, Suhara T, Takada M, Masato, H, Richmond, B, Minamimoto T
  • 学会等名: 第42回 日本神経科学大会
  • 国際学会
• [学会発表] Neural coding of facial images with different skin textures in the temporal lobe of monkey (2019)
  • 著者名/発表者名: Hayashi K, Matsumoto N, Matsuda K, Kenichro Miura, Yamane S, Matsuo S, Yanai K, Eldridge M A G, Saunders R C, Richmond B J, Nagai Y, Miyakawa N, Minamimoto T, Okada M, Kawano K, Sugase-Miyamoto Y
  • 学会等名: 第42回 日本神経科学大会
  • 国際学会
• [学会発表] Chemogenetic activation of the amygdala specifically disrupts the representation of socio-emotional information in the macaque ventral visual cortex (2019)
  • 著者名/発表者名: Miyakawa N, Nagai Y, Hori Y, Matsuo T, Suzuki T, Inoue K, Takada M, Suhara T, Kawasaki, K, Minamimoto T
  • 学会等名: 第42回 日本神経科学大会
  • 国際学会
• [学会発表] A novel ligand “deschloroclozapine” selectively visualizes and activates chemogenetic receptors in non-human primates (2019)
  • 著者名/発表者名: Nagai Y., Miyakawa N, Takuwa H., Hori Y., Oyama K., Ji B., Takahashi M., Huang X.-P., Slocum S. T., Xiong Y., Hirabayashi T., Fujimoto A., Mimura K., English J. G., Liu J., Inoue K.-i., Kumata K., Seki C., Ono M., Shimojo M., Zhang M.-R., Tomita Y., Suhara T., Takada M., Higuchi M., Jin J., Roth B. L., and Minamimoto T
  • 学会等名: Brain and BrainPET 2019
  • 国際学会
• [図書] 実験医学 2020年11月号、担当範囲:「新しいDREADDsアゴニストDCZと霊長類におけるDREADDs実験例」 (2020)
  • 著者名/発表者名: 宮川尚久(分担執筆)
  • 総ページ数: 9
  • 出版者: 羊土社
  • ISBN: 9784758125376
• [備考] 脳の「スイッチ」にピンポイントで作用する薬剤候補を開発
  • URL: https://www.qst.go.jp/site/press/42113.html
• [備考] 神経活動を操作する新技術『化学遺伝学』に、飛躍的に性能が向上した薬剤が登場
  • URL: https://www.jnss.org/news-topics?id=210127-01
• [産業財産権] 人工受容体に結合する新規化合物、人工受容体のイメージング方法、アゴニストまたはアンタゴニスト、治療薬、コンパニオン診断薬、神経細胞のイメージング方法 (2021)
  • 発明者名: 南本敬史, 永井裕司, 季斌, 宮川尚久, 樋口真人, 須原哲也
  • 権利者名: 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構
  • 産業財産権種類: 特許
  • 出願年月日: 2021
  • 取得年月日: 2021