上丘を中心とした神経ネットワークが時間的注意の制御に果たす役割の解明

• 研究課題/領域番号: 23K06788
• 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: 富山大学
• 研究代表者: 瀬戸川 剛 富山大学, 学術研究部医学系, 助教 (80840785)
• 研究期間 (年度): 2023-04-01 – 2026-03-31
• 研究課題ステータス: 交付 (2023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); 2025年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円); 2024年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2023年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
• キーワード: 時間的注意 / 化学遺伝学 / 上丘 / 黒質 / ニホンザル / サル

研究開始時の研究の概要

私たちは、行動を起こす対象に適切なタイミングで注意を向けることで、スムーズかつ正確な行動出力を可能としている。特に、将来の報酬に関連したイベントが起きるタイミングに注意を払い、それに対して運動の準備をすることは、動物にとって必須の能力である。我々はこれまでに、上丘のニューロン活動が報酬の獲得タイミングを表現している可能性を見出してきた。本研究では化学遺伝学的手法を用いて、サルの上丘を中心とした神経ネットワークが時間的注意を要する行動にどのように寄与しているかを明らかにすることを目的とする。

研究実績の概要

私たちは、行動を起こす対象に適切なタイミングで注意を向けることで、スムーズかつ正確な行動出力を可能としている。このような時間的注意のコントロールに上丘深層が重要な働きを担っていると仮説を立て、化学遺伝学的手法を用いて上丘を中心とした神経ネットワークが時間的注意を要する行動にどのように寄与しているかを明らかにすることを目的とした。
実験ではニホンザルに遅延非見本合わせ課題を学習させる。この課題ではまず、サンプル画像として同じ画像刺激が3回連続で提示される。4回目の画像提示では、サンプル画像とは異なる画像がターゲットとして提示される。その際、サルがボタンを押すと課題は成功となり、報酬が与えられる。ターゲット提示までのサンプル提示回数および提示時間は常に一定にすることで、報酬関連刺激（ターゲット）が出現するまでのタイミングが予測可能となっている。本研究の最終的なゴールは、化学遺伝学的手法であるDesigner Receptor Exclusively Activated by Designer Drugs (DREADD)技術を用い、上丘深層とそこと接続のある黒質の神経回路の活動を人為的に操作した際に上記の課題の成績がどのように変化するかを調査することで、同部位の時間的注意のコントロールへの寄与を明らかにすることである。
令和5年度は、上記の課題のプログラミング、実験設備のセットアップを行った。また、実験中にサルの顔の向きを固定するために、モンキーチェアと頭部を固定するための手術を行った。現在は作成した行動課題を訓練中である。

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

令和5年度中に予定していた行動課題の作成および実験環境のセットアップ、トレーニングを行うためのサルの手術が終了したため。手術から回復後、現在は作成した行動課題のトレーニングを行っており、トレーニングが完了し次第、化学遺伝学的手法の導入の準備を開始する予定である。

今後の研究の推進方策

本研究課題の目的は、上丘深層と同部位と神経接続のある黒質網様部と黒質緻密部に着目し、報酬獲得のタイミングに関連した時間的注意のコントロールに対する上丘を中心とした神経ネットワークの役割を明らかにすることである。これまでに、上丘深層の神経活動が、行動を起こすタイミングに向けて徐々に高まっていくという予備的結果を得ている。今後はまず、作成した時間的注意のコントロールを要する行動課題のトレーニングを完了させる。その後、MRIを用いて上丘の位置を確認する。まずは薬理学的に上丘深層を不活性化させ、その際の行動課題の成績がコントロール条件と比較してどのように変化するかを解析する。その後、黒質網様部から上丘深層への神経回路および上丘深層から黒質緻密部への神経回路それぞれに順行性もしくは逆行性のウイルスベクターを用いてDREADDを導入し、選択的リガンドであるDCZを注入した条件と、コントロールとしてPBSを注入した条件とで行動を比較する。