発声-呼吸モードスィッチングにおける神経機構の解明

• 研究課題/領域番号: 21590245
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 生理学一般
• 研究機関: 兵庫医科大学
• 研究代表者: 荒田 晶子 兵庫医科大学, 医学部, 准教授 (00266082)
• 研究期間 (年度): 2009 – 2011
• 研究課題ステータス: 完了 (2011年度)
• 配分額: 4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円); 2011年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2010年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2009年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
• キーワード: 橋結合腕傍核 / 吸息-呼息切り替え機構 / NMDA / GABA / 新生ラット / NMDAレセプター / 随意運動 / 能動的吸息-呼息切り替え / 呼吸性ニューロン

研究概要

発声は、呼吸を随意的にコントロールすることで実現される。呼吸性神経回路をどのように制御すれば発声が実現するのかを、肺伸展受容器からの情報と発声中枢からの信号が入力している橋結合腕傍核(Nucleus Parabrachialis ; NPB)をそれらの情報統合の場と考え解析した。NPBの仕組みを調べるためには、広域神経回路が保持されている摘出橋-延髄-脊髄標本を用いた。NPBの内外側野にタングステン電極を挿入し刺激すると、刺激が入ったタイミングで吸息相が抑制され、刺激が強ければ吸息相が終止し呼息相へとスイッチした。NPBには、能動的吸息-呼息切り替えスイッチがあり、この現象はNMDA受容体がGABAシステムを介して行っていること、NPBに吸息相から呼息相に掛けて発火するニューロン(I-Eニューロン)が多く存在し、上位中枢からの入力ばかりでなく、肺伸展受容器からの入力にも応じる事が分かった。さらに、NPB近傍にあるノルアドレナリン産生細胞の影響により、傍顔面神経核呼吸ニューロングループからの入力がI-Eニューロンという発火パターンになることが分かってきた。

研究成果

• [雑誌論文] 橋の呼吸調節神経機構 (2012)
  • 著者名/発表者名: 荒田晶子
  • 雑誌名: 自律神経(The Autonomic Nervous System) 巻: 49 ページ: 24-32
  • NAID: 10030555499
  • 査読あり
• [雑誌論文] 橋の呼吸調節神経機構 (2012)
  • 著者名/発表者名: 荒田晶子
  • 雑誌名: 自律神経 巻: 49 ページ: 24-32
  • NAID: 10030555499
  • 査読あり
• [雑誌論文] Role of nucleus parabrachialis complex in respiratory circuit in brainstem-spinal cord preparation isolated from neonatal rat(新生ラット摘出脳幹-脊髄標本における呼吸性ニューロンネットワークに対する橋結合腕傍核の役割.) (2010)
  • 著者名/発表者名: Arata A.
  • 雑誌名: Reports of Toyoda Physical and Chemical Research Institute 巻: 63 ページ: 141-4
• [雑誌論文] Loss of pre-inspiratory neuron synchroneity in mice with DSCAM deficiency (2010)
  • 著者名/発表者名: Amano K, Fujii M, Arata S, Ogawa M, Yamakawa K, Arata A.
  • 雑誌名: Adv Exp Med Biol 巻: 669 ページ: 15-9
  • 査読あり
• [雑誌論文] Adrenaline modulates on the respiratory network development (2010)
  • 著者名/発表者名: Fujii M, Arata A
  • 雑誌名: Adv Exp Med Biol 巻: 669 ページ: 25-8
  • 査読あり
• [雑誌論文] Ontogeny of Cl-homeostasis in mouse hypoglossal nucleus (2010)
  • 著者名/発表者名: Okabe A, Arata A, Oku Y, Takayama C, Fukuda A.
  • 雑誌名: Adv. Exp. Med. Biol 巻: 669 ページ: 29-31
  • 査読あり
• [雑誌論文] Central respiratory failure in a mouse model depends on the genetic background of the host (2010)
  • 著者名/発表者名: Arata S, Amano K, Yamakawa K, Arata A
  • 雑誌名: Adv Exp Med Biol 巻: 669 ページ: 21-4
  • 査読あり
• [雑誌論文] Active inspiratory-expiratory phase switching mechanism exists in the neonatal nucleus parabrachialis (2010)
  • 著者名/発表者名: Arata A, Tanaka I, Fujii M, Ezure K
  • 雑誌名: Adv Exp Med Biol 巻: 669 ページ: 135-8
  • 査読あり
• [雑誌論文] Possible role of nucleus parabrachialis in autonomic nervous system (2010)
  • 著者名/発表者名: Arata, A., Kato, F.
  • 雑誌名: Nippon Yakurigaku Zasshi. 巻: 135 ページ: 261-262
  • 査読あり
• [雑誌論文] Active inspiratory-expiratory phase switching mechanism exists in the neonatal nucleus parabrachialis. (2010)
  • 著者名/発表者名: Arata A, Tanaka I, Fujii M, Ezure K.
  • 雑誌名: Adv Exp Med Biol. 巻: 669 ページ: 135-138
  • 査読あり
• [雑誌論文] Adrenaline modulates on the respiratory network development. (2010)
  • 著者名/発表者名: Fujii M, Arata A.
  • 雑誌名: Adv Exp Med Biol. 巻: 669 ページ: 25-28
  • 査読あり
• [雑誌論文] Central respiratory failure in a mouse model depends on the genetic background of the host. (2010)
  • 著者名/発表者名: Arata S, Amano K, Yamakawa K, Arata A.
  • 雑誌名: Adv Exp Med Biol. 巻: 669 ページ: 21-24
  • 査読あり
• [雑誌論文] Loss of pre-inspiratory neuron synchroneity in mice with DSCAM deficiency. (2010)
  • 著者名/発表者名: Amano K, Fujii M, Arata S, Ogawa M, Yamakawa K, Arata A.
  • 雑誌名: Adv Exp Med Biol. 巻: 669 ページ: 15-19
  • 査読あり
• [雑誌論文] Ontogeny of Cl- homeostasis in mouse hypoglossal nucleus. (2010)
  • 著者名/発表者名: Okabe A, Arata A, Oku Y, Takayama C, Fukuda A.
  • 雑誌名: Adv Exp Med Biol. 巻: 669 ページ: 29-31
  • 査読あり
• [雑誌論文] Active inspiratory-expiratory phase switching mechanism exists in the neonatal nucleus parabrachialis. (2010)
  • 著者名/発表者名: Arata A, Tanaka I, Fujii M, Ezure K.
  • 雑誌名: Adv Exp Med Biol. 669 ページ: 135-138
  • 査読あり
• [雑誌論文] Adrenaline modulates on the respiratory network development. (2010)
  • 著者名/発表者名: Fujii M, Arata A.
  • 雑誌名: Adv Exp Med Biol. 669 ページ: 25-28
  • 査読あり
• [雑誌論文] Respiratory activity of the neonatal dorsolateral pons in vitro (2009)
  • 著者名/発表者名: Arata A
  • 雑誌名: Respir Physiol Neurobiol 巻: 168 ページ: 144-152
  • 査読あり
• [雑誌論文] DSCAM deficiency causes loss of pre-inspiratory neuron synchroneity and perinatal death (2009)
  • 著者名/発表者名: Amano K, Fujii M, Arata S, Tojima T, Ogawa M, Morita N, Shimohata A, Furuichi T, Itohara S, Kamiguchi H, Korenberg JR, Arata A, Yamakawa K.
  • 雑誌名: J Neurosci 巻: 29 ページ: 2984-96
  • 査読あり
• [雑誌論文] Respiratory activity of the neonatal dorsolateral pons in vitro. (2009)
  • 著者名/発表者名: Arata, A.
  • 雑誌名: Respir Physiol Neurobiol. 168 ページ: 144-152
  • 査読あり
• [学会発表] 胎動性活動の胎生期から新生期の移行メカニズム (2012)
  • 著者名/発表者名: 下村英毅、谷澤隆邦、荒田晶子
  • 学会等名: 第89回日本生理学会大会
  • 発表場所: 松本
  • 年月日: 2012-03-31
• [学会発表] 低酸素状態における呼吸リズム調節の発達による変遷 (2012)
  • 著者名/発表者名: 志賀真理、久米叙子、下村英毅、岡部明仁谷澤隆邦、荒田晶子
  • 学会等名: 第89回日本生理学会大会
  • 発表場所: 松本
  • 年月日: 2012-03-31
• [学会発表] 低酸素状態における新生児期の呼吸リズム (2011)
  • 著者名/発表者名: 志賀真理、下村英毅、谷澤隆邦、荒田晶子
  • 学会等名: 第39回自律神経研究会
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2011-12-04
• [学会発表] Adrenergic modulation on the respiratory phase-switching neurons in nucleus parabrachialis complex in the neonatal rat (2011)
  • 著者名/発表者名: Akiko Arata, Morimitsu Fujii, Ikuko Tanaka, Kazuhisa Ezure
  • 学会等名: Neuroscience2011 : 41st annual meeting of Neuroscience
  • 発表場所: Washington D. C.
  • 年月日: 2011-11-13
• [学会発表] Adrenergic modulation on the respiratory phase-switching neurons in nucleus parabrachialis complex in the neonatal rat (2011)
  • 著者名/発表者名: Arata A, Fujii M, Tanaka I, Ezure K
  • 学会等名: Society for Neuroscience 2011 (Neuro2011)
  • 発表場所: Washington D.C.
  • 年月日: 2011-11-13
• [学会発表] 橋結合腕傍核における呼吸性ニューロンの特性 (2011)
  • 著者名/発表者名: 荒田晶子、下村英毅、藤井盛光、谷澤隆邦
  • 学会等名: 第64回日本自律神経学会
  • 発表場所: 秋田
  • 年月日: 2011-10-28
• [学会発表] The differences of the respiratory network between C57BL/6 and Balb/c in Dscam KO mice (2011)
  • 著者名/発表者名: Akiko Arata, Hideki Shimomura, Kenji Amano, Satoru Arata, Kazuhiro Yamakawa, Takakuni Tanizawa
  • 学会等名: The 34^<th> Annual Meeting of the Japan Neuroscience Society
  • 発表場所: 横浜
  • 年月日: 2011-09-17
• [学会発表] Cyanide modulates on the cervical activity in neonatal rat brainstem-spinal cord preparation (2011)
  • 著者名/発表者名: Mari Ito-Shiga, Nobuko Kanbara-Kume, Hideki Shimomura, Takakuni Tanizawa, Akiko Arata
  • 学会等名: The 34^<th> Annual Meeting of the Japan Neuroscience Society
  • 発表場所: 横浜
  • 年月日: 2011-09-17
• [学会発表] The differences of the respiratory network between C57BL/6 and Balb/c in Dscam KO mice (2011)
  • 著者名/発表者名: Arata A, Shimomura H, Amano K, Arata S, Yamakawa K, Tanizawa T
  • 学会等名: 第34回日本神経科学学会大会
  • 発表場所: 横浜
  • 年月日: 2011-09-17
• [学会発表] Cyanide modulates on the cervical activity in neonatal rat brainstem-spinal cord preparation (2011)
  • 著者名/発表者名: Shiga M, Kanbara-Kume N, Shimomura H, Tanizawa T, Arata A
  • 学会等名: 第34回日本神経科学学会大会
  • 発表場所: 横浜
  • 年月日: 2011-09-17
• [学会発表] Postnatal changes in Cl-homeostasis related with respiration-related rhythmic activity in mouse hypoglossal nucleus (2011)
  • 著者名/発表者名: Okabe A, Arata A, Shimizu-Okabe C, Takayama C, Konishi S, Fukuda A
  • 学会等名: 第34回日本神経科学学会大会
  • 発表場所: 横浜
  • 年月日: 2011-09-15
• [学会発表] Analysis of the respiratory rhythm genesis using knock-out mice with respiratory failure (2011)
  • 著者名/発表者名: Akiko Arata
  • 学会等名: Experimental Biology 2011
  • 発表場所: Washington D. C.
  • 年月日: 2011-04-12
• [学会発表] Analysis of the respiratory rhythm genesis using knock-out mice with respiratory failure (2011)
  • 著者名/発表者名: Arata A
  • 学会等名: Experimental Biology Annual meetings (EB2011)
  • 発表場所: Washington D.C.(招待講演)
  • 年月日: 2011-04-12
• [学会発表] Effects of sodium cyanide on cervical root activity in brainstem-spinal cord preparation (2011)
  • 著者名/発表者名: Mari Ito-Shiga, Nobuko Kanbara-Kume, Akiko Arata
  • 学会等名: 第88回日本生理学会大会・第116回日本解剖学会総会全国学術集会合同大会
  • 発表場所: 横浜
  • 年月日: 2011-03-29
• [学会発表] The structure and function of the respiratory center viewing from gene knock-out mice(シンポジウム) (2011)
  • 著者名/発表者名: Akiko Arata
  • 学会等名: 第88回日本生理学会大会・第116回日本解剖学会総会全国学術集会合同大会
  • 発表場所: 横浜
  • 年月日: 2011-03-28
• [学会発表] 小脳神経回路発達における呼吸活動の役割 (2010)
  • 著者名/発表者名: 荒田晶子, 藤井盛光, 伊藤正男
  • 学会等名: 第38回自律神経生理研究会
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2010-12-03
• [学会発表] Electrophysiological analysis of the spinal network function regarding locomotor-like activity in the in situ adult interferon regulatory factor 8 (IRF8) knockout mice. (2010)
  • 著者名/発表者名: Itaru Yazawa, Ryusuke Yoshimi, Daniel Kim, Tomohiko Kanno, Akiko Arata, Michael O'Donovan, Keiko Ozato
  • 学会等名: Neuroscience2010 : the 40th annual meeting of Neuroscience
  • 発表場所: San Diego
  • 年月日: 2010-11-17
• [学会発表] Electrophysiological analysis of the spinal network function regarding locomotor-like activity in the in situ adult interferon regulatory factor 8(IRF8) knockout mice (2010)
  • 著者名/発表者名: Itaru Yazawa, Ryusuke Yoshimi, Daniel Kim, Tomohiko Kanno, Akiko Arata, Michael O' Donovan, Keiko Ozato
  • 学会等名: Neuroscience2010 : 40th annual meeting of Neuroscience
  • 発表場所: サンディエゴ
  • 年月日: 2010-11-15
• [学会発表] Nucleus Parabrachialis(NPB) gate mechanism : Coordination between the information of speech and respiration US-JAPAN Brain Research Cooperative Program Workshop (2010)
  • 著者名/発表者名: Akiko Arata
  • 学会等名: The NeuroPhysiome : Bridging computational neuroscience and systems biology
  • 発表場所: 沖縄
  • 年月日: 2010-11-07
• [学会発表] 発声-呼吸切り替えにかかわる橋結合腕傍核の神経機構 (2010)
  • 著者名/発表者名: 荒田晶子, 藤井盛光
  • 学会等名: 第63回日本自律神経学会
  • 発表場所: 横浜
  • 年月日: 2010-10-22
• [学会発表] Nucleus Parabrachialis (NPB) gate mechanism : Coordination between the information of speech and respiration. (2010)
  • 著者名/発表者名: Akiko Arata
  • 学会等名: US-JAPAN Brain Research Cooperative Program Workshop The NeuroPhysiome : Bridging computational neuroscience and systems biology.
  • 発表場所: 沖縄(招待講演)
  • 年月日: 2010-10-05
• [学会発表] Correlated expression of the neuron-specific potassium chloride cotransporter 2(KCC2) in the neonatal cerebellum and inferior olive (2010)
  • 著者名/発表者名: Akiko Arata, Akihito Okabe, Chitoshi Takayama, Atsuo Fukuda, Masao Ito
  • 学会等名: Neuro2010(Joint Conference of The 33rd annual Meeting of the Japan Neuroscience Society, The 53rd Annual Meeting of Japanese Society for Neurochemistry and The 20th Annual Meeting of Japanese Neural Network Society.)
  • 発表場所: 神戸
  • 年月日: 2010-09-17
• [学会発表] Hypothalamic orexinergic neurons and flocculus Purkinje cells regulate cardiovascular defense reactions Neuro2010 (2010)
  • 著者名/発表者名: Naoko Nisimaru, Akiko Arata, Masao Ito
  • 学会等名: Joint Conference of The 33rd annual Meeting of the Japan Neuroscience Society, The 53rd Annual Meeting of Japanese Society for Neurochemistry and The 20th Annual Meeting of Japanese Neural Network Society
  • 発表場所: 神戸
  • 年月日: 2010-09-17
• [学会発表] Correlated expression of the neuron-specific potassium chloride cotransporter 2 (KCC2) in the neonatal cerebellum and inferior olive. (2010)
  • 著者名/発表者名: Akiko Arata, Akihito Okabe, Chitoshi Takayama, Atsuo Fukuda, Masao Ito
  • 学会等名: Neuro2010 : (Joint Conference of The 33rd annual Meeting of the Japan Neuroscience Society, The 53rd Annual Meeting of Japanese Society for Neurochemistry and The 20th Annual Meeting of Japanese Neural Network Society.)
  • 発表場所: 神戸
  • 年月日: 2010-09-03
• [学会発表] Hypothalamic orexinergic neurons and flocculus Purkinje cells regulate cardiovascular defense reactions. (2010)
  • 著者名/発表者名: Naoko Nisimaru, Akiko Arata, Masao Ito
  • 学会等名: Neuro2010 : (Joint Conference of The 33rd annual Meeting of the Japan Neuroscience Society, The 53rd Annual Meeting of Japanese Society for Neurochemistry and The 20th Annual Meeting of Japanese Neural Network Society.)
  • 発表場所: 神戸
  • 年月日: 2010-09-02
• [学会発表] Activation of distinct neural ensemble in zebrafish telencephalon following the go/no-go rule change in the goal directed active avoidance learning. (2010)
  • 著者名/発表者名: Tazu Aoki, Ryo Aoki, Masakazu Agetsuma, Hidenori Aizawa, Akiko Arata, Shin-ichi Higashijima, Hitoshi Okamoto
  • 学会等名: Neuro2010 : (Joint Conference of The 33rd annual Meeting of the Japan Neuroscience Society, The 53rd Annual Meeting of Japanese Society for Neurochemistry and The 20th Annual Meeting of Japanese Neural Network Society.)
  • 発表場所: 神戸
  • 年月日: 2010-09-02
• [学会発表] Adrenergic modulation on the pontine respiratory neurons in nucleus parabrachialis complex in the neonatal rat (2010)
  • 著者名/発表者名: Akiko Arata, Morimitsu Fujii, Junichi Nakai
  • 学会等名: The 87th Annual Meeting for the Physiological Society of Japan
  • 発表場所: 盛岡
  • 年月日: 2010-05-20
• [学会発表] Adrenergic modulation on the pontine respiratory neurons in nucleus parabrachialis complex in the neonatal rat. (2010)
  • 著者名/発表者名: Akiko Arata, Morimitsu Fujii, Junichi Nakai
  • 学会等名: The 87th Annual Meeting for the Physiological Society of Japan
  • 発表場所: 盛岡
  • 年月日: 2010-05-20
• [学会発表] 新生マウス呼吸馴化における低酸素および高二酸化炭素環境に対する応答性 (2010)
  • 著者名/発表者名: 荒田悟、中町智哉、鬼丸洋、荒田晶子、塩田清二
  • 学会等名: 第57回日本実験動物学会総会
  • 発表場所: 京都
  • 年月日: 2010-05-12
• [学会発表] Optical imaging of neural activity of zebrafish telencephalon in the goal directed behavior. (2009)
  • 著者名/発表者名: T.Aoki, M.Agetsuma, H.Aizawa, A.Arata, S.Higaashijima, H.Okamoto
  • 学会等名: the 32nd Annual Meeting of the Japan Neuroscience Society
  • 発表場所: 名古屋
  • 年月日: 2009-09-18
• [学会発表] Development of rhythmic activity in fetal mice lacking GAD65/67 and VGAT (2009)
  • 著者名/発表者名: A, Arata, M.Fujii, Y.Yanagawa, K.Obata
  • 学会等名: the 32nd Annual Meeting of the Japan Neuroscience Society
  • 発表場所: 名古屋
  • 年月日: 2009-09-17
• [学会発表] Respiratory activity involved in the cerebellart circuit formation (2009)
  • 著者名/発表者名: A.Arata, M.Fujii, M.Ito
  • 学会等名: International Union Physiological Science(IUPS 2009)
  • 発表場所: 京都
  • 年月日: 2009-07-30
• [学会発表] Neuronal mechanisms of respiratory modulation. (2009)
  • 著者名/発表者名: A.Arata, M.Fujii
  • 学会等名: International Union Physiological Science(IUPS 2009 Symposium,)
  • 発表場所: 京都
  • 年月日: 2009-07-27
• [学会発表] Occurrence of central respiratory failure in mouse model depend on host genetic background (2009)
  • 著者名/発表者名: Arata S, Amano K, Yamakawa K, Arata A.
  • 学会等名: (Poster presentation) 11th Oxford Conference2009
  • 発表場所: 奈良
  • 年月日: 2009-07-25
• [学会発表] Active inspiratory-expiratory phase switching mechanism in the neonatal nucleus Parabrachialis (2009)
  • 著者名/発表者名: A.Arata, I.Tanaka, M.Fujii, K.Ezure
  • 学会等名: 11^<th> Oxford Conference 2009
  • 発表場所: 奈良
  • 年月日: 2009-07-25
• [学会発表] DSCAM deficiency causes loss of pre-inspiratory neuron synchroneity and perinatal death (2009)
  • 著者名/発表者名: Amano K, Fujii M, Arata S, Ogawa M, Yamakawa K, Arata A.
  • 学会等名: (Symposium speaker) 11th Oxford Conference 2009
  • 発表場所: 奈良
  • 年月日: 2009-07-24
• [備考] 荒田晶子、Erik De Schutter Bridging computational neuroscience and system biology日米科学技術協力事業「脳研究」分野研究情報交換セミナー成果報告日米科学技術協力事業「脳研究」分野生理学研究所2011年12月7日、岡崎