マーモセット前頭前野の認知機能に関わる脳領域間結合の神経回路基板の解明

• 研究課題/領域番号: 20K07731
• 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: 国立研究開発法人理化学研究所
• 研究代表者: 高司 雅史 国立研究開発法人理化学研究所, 脳神経科学研究センター, 研究員 (10598080)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2023-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2022年度)
• 配分額: 3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円); 2022年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2021年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2020年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
• キーワード: 意思決定 / 認知機能 / 前頭葉 / 霊長類 / カルシウムイメージング / 神経回路

研究開始時の研究の概要

大脳皮質の前頭前野は高度な認知機能を司ると考えられており、その機能に関してはこれまで多くの研究がなされ、思考、情動、記憶、注意、意思決定などの機能が局在していることが明らかになってきている。しかし、前頭前野が他の大脳皮質領野や皮質下領域とどのように協調して情報を処理しているかに関する知見はまだそれほど得られていない。
本研究では、霊長類のマーモセットを対象に認知課題遂行中の前頭前野の神経活動を解析する。さらに前頭前野と投射を受けている脳領域を結ぶ経路特異的に神経活動を解析することで、前頭前野における認知機能がどのような神経回路で制御されているかを解明する。

研究成果の概要

本研究では、図形弁別課題中のマーモセットの前頭前野の神経活動をカルシウムイメージングを用いて記録した。
本課題で用いた計測機器はマウスと同じ条件ではマーモセットで記録できる神経細胞数はマウスよりも少なくなることが判明した。このため、カルシウムセンサーや細胞内局在シグナルなど多岐にわたって検討をおこない、マーモセットにおけるカルシウムイメージングの精度を改善した。
上記の条件を用いてマーモセットの前頭前野から神経活動を記録しつつ課題を遂行させることで課題遂行中の前頭前野の神経活動の記録をおこなった。また、逆行性アデノ随伴ウイルスを用いて目的の領野に投射している脳領域を同定した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

大脳皮質の前頭前野は霊長類で良く発達しており、各領野がそれぞれ特徴的な機能を担っていることはよく理解されるようになってきている。各領野がその機能を果たすには多くの情報を処理することが必要と考えられている。例えば意思決定をおこない行動するためには、外部からの情報を知覚して判断することが必要であるが、これには注意や過去の経験からなる記憶が影響を与えていると考えられる。これらの情報処理には、他の大脳皮質領野や線条体、視床などの皮質下領域と協調することが必要であると考えられる。本研究では、認知機能における前頭前野の神経回路の機能構築を明らかにすることを目的として進められた。