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点から線へ―化学遺伝学による霊長類前頭葉-皮質下回路の機能的理解

研究課題

研究課題/領域番号 21K07268
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

小山 佳  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 (50615250)

研究期間 (年度) 2021-04-01 – 2024-03-31
研究課題ステータス 完了 (2023年度)
配分額 *注記
4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2023年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2022年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
2021年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
キーワード霊長類 / 化学遺伝学 / 高次脳機能 / 前頭前野 / 視床 / 線条体 / 前頭連合野
研究開始時の研究の概要

ヒトを含む霊長類の様々な高次脳機能の実現において前頭連合野の関与は必須であるが、前頭連合野から密な投射を受け取る線条体や視床MD核などの皮質下領域もまた、重要な役割を果たしている。しかし、これらの領域を結ぶ神経経路がどのような情報を伝達し、様々な高次脳機能が実現されているかについてはいまだ不明である。本研究課題では、化学遺伝学的手法を用いた霊長類脳における特定神経経路の機能阻害法により、霊長類前頭連合野と線条体・視床MD核を結ぶ神経経路が、高次脳機能の実現において、それぞれどのような役割を果たしているのかを、行動・局所回路・広域ネットワークのレベルで解き明かすことを目指す。

研究成果の概要

本研究では、前頭前野と皮質下領域をむすぶ神経経路が担う高次脳機能における役割、すなわち、特定経路の機能阻害が下流領域や広域ネットワークにおける情報処理、ひいてはどの高次脳機能に影響を与えるか?の問いに答えるため、霊長類の前頭前野背外側部-線条体、および前頭前野背外側-視床MD核の2つの神経経路が高次脳機能の実現において担う役割を、行動・局所回路・広域ネットワークのレベルで明らかにすることを目指し、実験を行った。その結果、前頭前野ー線条体、前頭前野ー視床MD核を結ぶ神経経路がそれぞれ異なる機能的役割を有していることを示した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究で対象としている①前頭前野―線条体経路は注意欠陥・多動性障害(ADHD)や強迫性障害(OCD)など、②前頭前野―視床MD核経路は統合失調症などの精神疾患患者の脳において、しばしば機能的結合の異常が認められることが報告されており、その活動の適正化がこれらの疾患の治療につながることが期待される。また、本研究課題で開発した特定神経路機能操作法は様々な領域間で適用可能である高い汎用性を有しており、神経経路の機能異常を原因とする幅広い疾患の神経基盤の理解へとつながることが期待される。

報告書

(4件)
  • 2023 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2022 実施状況報告書
  • 2021 実施状況報告書
  • 研究成果

    (7件)

すべて 2023 2022 2021

すべて 雑誌論文 (5件) (うち国際共著 1件、 査読あり 5件、 オープンアクセス 5件) 学会発表 (2件) (うち国際学会 2件)

  • [雑誌論文] Targeted Delivery of Chemogenetic Adeno-Associated Viral Vectors to Cortical Sulcus Regions in Macaque Monkeys by Handheld Injections2023

    • 著者名/発表者名
      Oyama Kei、Nagai Yuji、Minamimoto Takafumi
    • 雑誌名

      BIO-PROTOCOL

      巻: 13 号: 23

    • DOI

      10.21769/bioprotoc.4897

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Multimodal imaging for validation and optimization of ion channel-based chemogenetics in nonhuman primates2023

    • 著者名/発表者名
      Yuki Hori, Yuji Nagai, Yukiko Hori, Kei Oyama, Koki Mimura, Toshiyuki Hirabayashi, Ken-ichi Inoue, Masayuki Fujinaga, Ming-Rong Zhang, Masahiko Takada, Makoto Higuchi, Takafumi Minamimoto
    • 雑誌名

      Journal of Neuroscience

      巻: 43 号: 39 ページ: 6619-6627

    • DOI

      10.1523/jneurosci.0625-23.2023

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Chemogenetic attenuation of cortical seizures in nonhuman primates2023

    • 著者名/発表者名
      Miyakawa Naohisa、Nagai Yuji、Hori Yukiko、Mimura Koki、Orihara Asumi、Oyama Kei、Matsuo Takeshi、Inoue Ken-ichi、Suzuki Takafumi、Hirabayashi Toshiyuki、Suhara Tetsuya、Takada Masahiko、Higuchi Makoto、Kawasaki Keisuke、Minamimoto Takafumi
    • 雑誌名

      Nature Communications

      巻: 14 号: 1 ページ: 1-11

    • DOI

      10.1038/s41467-023-36642-6

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Chemogenetic Disconnection between the Orbitofrontal Cortex and the Rostromedial Caudate Nucleus Disrupts Motivational Control of Goal-Directed Action2022

    • 著者名/発表者名
      Oyama Kei、Hori Yukiko、Mimura Koki、Nagai Yuji、Eldridge Mark A. G.、Saunders Richard C.、Miyakawa Naohisa、Hirabayashi Toshiyuki、Hori Yuki、Inoue Ken-ichi、Suhara Tetsuya、Takada Masahiko、Higuchi Makoto、Richmond Barry J.、Minamimoto Takafumi
    • 雑誌名

      The Journal of Neuroscience

      巻: 42 号: 32 ページ: 6267-6275

    • DOI

      10.1523/jneurosci.0229-22.2022

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Chemogenetic dissection of the primate prefronto-subcortical pathways for working memory and decision-making2021

    • 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

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Distinct roles of pathways from monkey orbitofrontal cortex to caudate nucleus and mediodorsal thalamus in value-based adaptive decision-making2022

    • 著者名/発表者名
      小山 佳
    • 学会等名
      第45回日本神経科学大会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Chemogenetic dissection of the primate prefronto-subcortical pathways for higher-order functions2021

    • 著者名/発表者名
      小山 佳
    • 学会等名
      第44回日本神経科学大会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 国際学会

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公開日: 2021-04-28   更新日: 2025-01-30  

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