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運動制御・運動記憶における大脳ー小脳動的連関の解明とその操作

公募研究

研究領域行動適応を担う脳神経回路の機能シフト機構
研究課題/領域番号 15H01426
研究種目

新学術領域研究(研究領域提案型)

配分区分補助金
審査区分 生物系
研究機関山梨大学

研究代表者

喜多村 和郎  山梨大学, 総合研究部, 教授 (60423159)

研究期間 (年度) 2015-04-01 – 2017-03-31
研究課題ステータス 完了 (2016年度)
配分額 *注記
15,600千円 (直接経費: 12,000千円、間接経費: 3,600千円)
2016年度: 7,800千円 (直接経費: 6,000千円、間接経費: 1,800千円)
2015年度: 7,800千円 (直接経費: 6,000千円、間接経費: 1,800千円)
キーワード運動 / 2光子イメージング / オプトジェネティクス / 2光子イメージング
研究実績の概要

・大脳―小脳間の機能的結合の同定
前年度に引き続き、光遺伝学を用いた大脳-小脳間の機能的結合の解析を行った。小脳皮質の様々な部位のプルキンエ細胞からスパイク記録を行いながら、大脳皮質をレーザーで刺激し、大脳と小脳の間の機能的結合マップを作成した。大脳からの入力は、小脳小葉ごとに、主に感覚野、運動野、連合野などから特異的な入力を受け取っている一方で、一部の小葉では、広い範囲から様々な情報を受け取っていることが明らかとなった。また、大部分の小葉で対側の大脳皮質から入力を受けていたものの、一部の小葉では両側性に入力があることが明らかとなった。特に、小脳半球の第二脚では両側の高次運動野から一次運動野にかけてほぼ同程度の入力を受けていた。その詳細を細胞ごとに解析したところ、主に対側から入力を受ける細胞と同側から入力を受ける細胞に分かれることがわかった。すなわち、各細胞が両側から均一に同じような入力を受け取っているわけではなく、細胞ごとに同側・対側特異的に入力を受けていた。さらに、同側からの入力によるスパイクは、対側入力によるスパイクに比べて潜時が短いことが明らかとなったことから、異なる経路を介して入力していることが予想された。
・課題実行中のマウス小脳における情報表現
前年度までに、音弁別課題を実行中のマウス小脳において運動および認知機能に関わる小脳モジュールを同定していたが、今年度は特に運動課題に絞って解析を行った。レバー引き運動課題を実行中の小脳皮質登上線維応答を2光子イメージングにより解析したところ、レバー引き直前の登上線維応答の増加と、レバー引き直後の登上線維応答の抑制が観察された。この結果を小脳の制御モデルに当てはめると、レバー引き前の登上線維入力はフィードバック運動指令を、レバー引き後の登上線維抑制は、報酬獲得中または随意運動中の感覚入力の抑制に対応していると考えられる。

現在までの達成度 (段落)

28年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

28年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2016 実績報告書
  • 2015 実績報告書
  • 研究成果

    (15件)

すべて 2017 2016 2015

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (14件) (うち国際学会 5件、 招待講演 4件)

  • [雑誌論文] Dendritic spikes in sensory perception.2017

    • 著者名/発表者名
      Manita S, Miyakawa H, Kitamura K, Murayama M
    • 雑誌名

      Frontiers in Cellular Neuroscience

      巻: 11 ページ: 29-29

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] A novel method for assessment of reaching and grasping movements in head-fixed mice.2017

    • 著者名/発表者名
      Manita S, Ikezoe K, Kitamura K
    • 学会等名
      第94回日本生理学大会
    • 発表場所
      アクトシティ浜松(静岡県・浜松市)
    • 年月日
      2017-03-28
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] Representation of cerebellar climbing fiber signals during goal-directed behavior and learning.2016

    • 著者名/発表者名
      Kitamura K
    • 学会等名
      NIPS International Workshop “Toward elucidation of memory engram”
    • 発表場所
      生理学研究所(愛知県・岡崎市)
    • 年月日
      2016-12-07
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Functional differences in climbing fiber inputs to distinct cerebellar stripes during goal-directed behavior.2016

    • 著者名/発表者名
      Tsutsumi S, Hidaka N, Isomura Y, Matsuzaki M, Sakimura K, Kano M, Kitamura K
    • 学会等名
      Neuroscience 2016
    • 発表場所
      San Diego(USA)
    • 年月日
      2016-11-15
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 2光子イメージングによる小脳回路研究:発達から運動機能まで2016

    • 著者名/発表者名
      喜多村和郎
    • 学会等名
      第63回中部生理学会
    • 発表場所
      岡崎カンファレンスセンター(愛知県・岡崎市)
    • 年月日
      2016-11-04
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 脳機能の2光子イメージング2016

    • 著者名/発表者名
      喜多村和郎
    • 学会等名
      BioOpto Japan 2016
    • 発表場所
      パシフィコ横浜(神奈川県・横浜市)
    • 年月日
      2016-09-15
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Hyperacuity Bayesian technique to enhance temporal resolution of two-photon recording of complex spikes of cerebellar Purkinje cells.2016

    • 著者名/発表者名
      Hoang HT, Yamashita O, Tokuda IT, Kitamura K, Sato M, Kawato M, Toyama K
    • 学会等名
      第39回日本神経科学大会
    • 発表場所
      パシフィコ横浜(神奈川県・横浜市)
    • 年月日
      2016-07-22
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Cerebellar lobules receive spatiotemporally specific inputs from the cerebral cortex.2016

    • 著者名/発表者名
      Choo MJ, Hira R, Matsuzaki M, Kano M, Kitamura K
    • 学会等名
      第39回日本神経科学大会
    • 発表場所
      パシフィコ横浜(神奈川県・横浜市)
    • 年月日
      2016-07-22
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Functional organization of cerebellar modules during skilled behavior2016

    • 著者名/発表者名
      Kazuo Kitamura
    • 学会等名
      第93回日本生理学会大会
    • 発表場所
      札幌コンベンションセンター(北海道・札幌市)
    • 年月日
      2016-03-22
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] Optogenetic mapping of cerebra-cerebellar communication loop in mice2016

    • 著者名/発表者名
      Myeong Jeong Choo, Riichiro Hira, Masanori Matsuzaki, Masanobu Kano, Kazuo Kitamura
    • 学会等名
      第93回日本生理学会大会
    • 発表場所
      札幌コンベンションセンター(北海道・札幌市)
    • 年月日
      2016-03-22
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] Differential learning-related changes in climbing fiber inputs to cerebellar stripes2016

    • 著者名/発表者名
      Shinichiro Tsutsumi, Naoki Hidaka, Yoshikazu Isomura, Masanori Matsuzaki, Kenji Sakimura, Masanobu Kano, Kazuo Kitamura
    • 学会等名
      第93回日本生理学会大会
    • 発表場所
      札幌コンベンションセンター(北海道・札幌市)
    • 年月日
      2016-03-22
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] Rational design of ultrafast, high-affinity red calcium indicator for monitoring neuronal activity2015

    • 著者名/発表者名
      M. INOUE, A. TAKEUCHI, S.-I. HORIGANE, H. FUJII, S. KAMIJO, S. TAKEMOTO-KIMURA, M. OHKURA, K. GENGYO-ANDO, M. KANO, J. NAKAI, K. KITAMURA, H. BITO
    • 学会等名
      Neuroscience 2015
    • 発表場所
      McCormick Place Convention Center (Chicago, USA)
    • 年月日
      2015-10-17
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] In vivo光学イメージングと電気生理学の融合2015

    • 著者名/発表者名
      喜多村和郎
    • 学会等名
      第38回日本神経科学大会
    • 発表場所
      神戸国際会議場(兵庫県・神戸市)
    • 年月日
      2015-07-28
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Identification of complex spikes in two-photon recording of Purkinje cell calcium responses by machine learning and ROC analysis of the performance2015

    • 著者名/発表者名
      Huu Thien Hoang, Shinichiro Tsutsumi, Miki Hashizume, Okito Yamashita, Isao T. Tokuda, Masa-Aki Sato, Mitsuo Kawato, Masanobu Kano, Kazuo Kitamura, Keisuke Toyama
    • 学会等名
      第38回日本神経科学大会
    • 発表場所
      神戸国際会議場(兵庫県・神戸市)
    • 年月日
      2015-07-28
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] Rational design of a novel high-affinity, ultrafast, red calcium indicator R-CaMP22015

    • 著者名/発表者名
      Masatoshi Inoue, Atsuya Takeuchi, Shin-Ichiro Horigane, Masamichi Ohkura, Keiko Gengyo-Ando, Hajime Fujii, Satoshi Kamijo, Sayaka Takemoto-Kimura, Masanobu Kano, Junichi Nakai, Kazuo Kitamura, Haruhiko Bito
    • 学会等名
      第38回日本神経科学大会
    • 発表場所
      神戸国際会議場(兵庫県・神戸市)
    • 年月日
      2015-07-28
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書

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公開日: 2015-04-16   更新日: 2018-03-28  

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