運動が行動課題遂行中の内的状態に及ぼす効果とそのメカニズムの解明

• 研究課題/領域番号: 20K19480
• 研究種目: 若手研究
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 小区分59020:スポーツ科学関連
• 研究機関: 群馬大学
• 研究代表者: 鈴木 真美子 群馬大学, 大学院医学系研究科, 研究員 (60449030)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2025-03-31
• 研究課題ステータス: 交付 (2023年度)
• 配分額: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円); 2023年度: 260千円 (直接経費: 200千円、間接経費: 60千円); 2022年度: 260千円 (直接経費: 200千円、間接経費: 60千円); 2021年度: 390千円 (直接経費: 300千円、間接経費: 90千円); 2020年度: 3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円)
• キーワード: 運動 / 脳 / 強化学習 / 神経活動 / 可視化 / 粘り強さ / マウス / 意欲 / 遺伝子操作

研究開始時の研究の概要

運動が認知機能の改善や記憶・学習の向上に影響を与えることは、ヒトやげっ歯類でよく知られている。その原因として海馬における種々の変化が報告されているが、その他の脳領域についてはほとんど報告がない。本研究では、マウスにおいて運動が課題遂行能力の向上を引き起こすか明らかにし、運動が課題遂行中の内的状態に関与する脳領域を活性化するかを遺伝子操作技術を用いて調べる。そして運動が意欲や粘り強さ、動機づけといった内的状態を変化させるメカニズムの解明を目指す。

研究実績の概要

本研究では、運動による課題遂行能力の向上を引き起こすメカニズムを解明するために、運動が内的状態に関与する脳領域（縫線核、黒質、線条体、扁桃体）の活動を変化させ、意欲や粘り強さといった内的状態を変化するのかを明らかにする。そのため、運動することで意欲や粘り強さが向上するのか、さらには縫線核、黒質、線条体、扁桃体の神経細胞が運動時に活動するのか、またそれらの神経細胞は課題遂行中にも活動するのかについて、アデノ随伴ウイルスベクターを静脈注射し、神経活動依存的に蛍光タンパク質であるGFPおよびmCherryを発現するように遺伝子操作し、同一個体で異なる２つの刺激に対して活動した神経細胞を別々に標識する技術により検証する。
当該年度では、１週間に５日間のペースで１か月間トレッドミルによる強制運動を１時間させたマウスと強制運動させていないマウスに、穴の中に一定時間鼻先を入れて（ノーズポーク）じっと待つと報酬が得られるという学習をさせた。昨年度の結果から５秒間のノーズポークができるようになったことを学習成立と判断し、どちらの群も学習成立までの時間に違いはなかった。５秒間のノーズポークができるようになった後、報酬獲得に必要なノーズポークの時間を徐々に延ばし、どこまで粘り強くノーズポークできるかを調べたところ、運動していないマウスよりも強制運動させたマウスの方が、ノーズポークの時間を延ばすことができた。このことは、ノーズポークすると報酬が獲得できるということを学習するまでの過程に運動は関与しないが、ノーズポークを維持する粘り強さを必要とする課題の遂行に運動が影響する可能性が示唆された。

現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

当該年度では、運動がより粘り強さを必要とする課題遂行に影響することを明らかにした。また、神経活動依存的に蛍光タンパク質を発現する遺伝子を組み込んだアデノ随伴ウイルスベクターを用いて２つの刺激に応答する神経細胞をGFPおよびmCherryの異なる色で可視化する方法も確立している。この方法を用いて、強制運動で活動する神経細胞と課題遂行中に活動する神経細胞は同一かどうかを確認する予定であったが実施できていないため、進捗状況としては予定よりもやや遅れていると判断した。

今後の研究の推進方策

次年度は、脳内メカニズムの解明のために、強制運動で活動する神経細胞が、より粘り強さを必要とする課題遂行中にも活動するのか、内的状態に関与する脳領域（縫線核、黒質、線条体、扁桃体）において確認するとともに、それらの神経細胞がセロトニンもしくはドーパミン神経細胞であるのか、免疫染色法を用いて調べる予定である。