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文脈依存的な行動シフトを実現する大脳皮質運動回路の解明

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 15H01455
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
研究機関東京大学 (2016)
基礎生物学研究所 (2015)

研究代表者

松崎 政紀  東京大学, 大学院医学系研究科(医学部), 教授 (50353438)

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
6,630千円 (直接経費: 5,100千円、間接経費: 1,530千円)
2016年度: 3,380千円 (直接経費: 2,600千円、間接経費: 780千円)
2015年度: 3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円)
キーワード神経科学 / 運動野 / 行動 / 2光子イメージング
研究実績の概要

生物は、異なった文脈においても同じ行動を発現すべき時には同一運動を発現するが、大脳皮質局所回路(一次運動野、M1)の活動が異なった入力に対してどのように遷移してひとつの安定した出力を実現するかは不明である。これを明らかにするために本研究で、頭部固定マウスが内発性におよび外発性にレバーを引くオペラント課題を実行中に、3次元2光子カルシウムイメージングをM1で行う系を確立した。カルシウム感受性蛍光タンパク質遺伝子をコードするAAVをマウスM1に導入しその後、頭部固定したで右前肢レバー引き運動を内発性に、または外発性に行うことを2~3週間学習させた。内発性レバー引きと音誘発性レバー引きを1セッション内で入れ替えてもマウスが両文脈で速やかに反応できるように訓練した。課題実行中に2光子カルシウムイメージングをM1において3次元的に行い、2層から5b層までの細胞活動データを取得した。その結果、内発性選択的にまた音刺激選択的に活動を示す細胞があること、両方の条件で同様に活動する細胞があることがわかった。集団活動での内発性と音刺激選択性がどのようなダイナミクスを持っているのかを定量化するための統計数理解析法を開発した。また一次運動野へ強く入力する高次運動野(M2)においても同様のイメージングを可能とした。さらに、M1とM2の活動の同期的変化を捉えるために、独自に開発した視野回転装置を用いた高速視野切り替えを行うことで、M1とM2を連続してイメージングすることを可能とした。

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

    (10件)

すべて 2016 2015

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (6件) (うち国際学会 2件、 招待講演 4件) 産業財産権 (2件) (うち外国 1件)

  • [雑誌論文] Distinct functional modules for discrete and rhythmic forelimb movements in the mouse motor cortex.2015

    • 著者名/発表者名
      Hira R., Terada S., Kondo M., Matsuzaki M.
    • 雑誌名

      Journal of Neuroscience

      巻: 35 号: 39 ページ: 13311-13322

    • DOI

      10.1523/jneurosci.2731-15.2015

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Long-term two-photon calcium imaging of neuronal populations with subcellular resolution in adult non-human primates.2015

    • 著者名/発表者名
      Sadakane O., Masamizu Y., Watakabe A., Terada S., Ohtsuka M., Takaji M., Mizukami H., Ozawa K., Kawasaki H., Matsuzaki M., Yamamori T.
    • 雑誌名

      Cell Reports

      巻: 13 号: 9 ページ: 1989-1999

    • DOI

      10.1016/j.celrep.2015.10.050

    • NAID

      120005829368

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] 覚醒小動物での大脳イメージングと光操作2016

    • 著者名/発表者名
      松崎政紀
    • 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
    • 招待講演
  • [学会発表] 大脳皮質運動野の神経活動の大規模光計測2016

    • 著者名/発表者名
      松崎政紀
    • 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
      2016-03-24
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] Distinct thalamocortical activities in the primary motor cortex during voluntary movements2016

    • 著者名/発表者名
      Masanori Matsuzaki
    • 学会等名
      新学術領域「適応回路シフト」国際シンポジウム
    • 発表場所
      同志社大学 室町キャンパス 寒梅館 ハーディーホール(京都府京都市)
    • 年月日
      2016-03-04
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Dynamic representation of innate and learned movements in the motor cortex2015

    • 著者名/発表者名
      Masanori Matsuzaki
    • 学会等名
      第7回光操作研究会 国際シンポジウム
    • 発表場所
      東京医科歯科大学 鈴木章夫記念講堂(東京都文京区)
    • 年月日
      2015-12-05
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] マーモセット脳の2光子イメージングと 光刺激に向けて2015

    • 著者名/発表者名
      松崎政紀
    • 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
      2015-07-31
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] 運動学習と神経オペラント条件付けにおける大脳運動野活動のダイナミクス2015

    • 著者名/発表者名
      松崎政紀
    • 学会等名
      第54回日本生体医工学会大会
    • 発表場所
      名古屋国際会議場(愛知県名古屋市)
    • 年月日
      2015-05-07
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 招待講演
  • [産業財産権] 顕微鏡用光学モジュール、顕微鏡、顕微鏡用光学モジュール制御装置及び多光子励起顕微鏡2016

    • 発明者名
      松崎政紀、寺田晋一郎
    • 権利者名
      松崎政紀、寺田晋一郎
    • 産業財産権種類
      特許
    • 出願年月日
      2016-07-28
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 外国
  • [産業財産権] 顕微鏡用光学モジュール、顕微鏡、顕微鏡用光学モジュール制御装置及び多光子励起顕微鏡2015

    • 発明者名
      松崎政紀、寺田晋一郎
    • 権利者名
      松崎政紀、寺田晋一郎
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      2015-184497
    • 出願年月日
      2015-09-17
    • 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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