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中脳辺縁系-大脳皮質間の機能連関による意欲と身体運動の並列処理機構の解明

公募研究

研究領域脳情報動態を規定する多領野連関と並列処理
研究課題/領域番号 18H05151
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
研究機関公益財団法人東京都医学総合研究所

研究代表者

西村 幸男  公益財団法人東京都医学総合研究所, 認知症・高次脳機能研究分野, プロジェクトリーダー (20390693)

研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2020-03-31
研究課題ステータス 完了 (2019年度)
配分額 *注記
5,720千円 (直接経費: 4,400千円、間接経費: 1,320千円)
2019年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
2018年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
キーワード意欲 / 中脳 / 運動野 / 運動パフォーマンス / 筋出力 / 中脳辺縁系
研究実績の概要

本研究では、意欲が身体運動制御機構を解明することを目指してヒトおよびモデル動物を対象に研究を行ってきた。
ヒトを対象としたfMRI研究では、前年度までに金銭報酬に基づく運動パフォーマンスの関係性を調べた実験より、意欲中枢である腹側中脳の運動準備段階での活動が運動パフォーマンスの決定に重要であるという仮説が得られている。この仮説を検証するため、本年度は、金銭報酬がない状況下で単純反応時間課題を用いたfMRI実験を実施した。その結果、運動準備段階において腹側中脳が強く賦活するほど、後のグリップを握る強さが大きくなるという関係性が、金銭報酬がない状況下でも確認された。つまり、上記の仮説を支持する結果であり、腹側中脳の準備活動が内発的な意欲の程度を反映し、将来の運動パフォーマンスの決定において主要な役割を果たすことを示唆する。
モデル動物を対象とした研究では、前年度および本年度に行った解剖学的実験により、腹側中脳から一次運動野へ解剖学的投射があることを明らかにした。加えて、逆行性神経トレーサーおよび逆行性越シナプス神経トレーサーを用いた実験により腹側中脳から脊髄へは直接の投射はないが、シナプスを一つ介して脊髄へ投射していることを明らかにした。上記の研究結果と合わせて考えると、腹側中脳から一次運動野を介して脊髄へ投射する神経経路の存在が示唆された。この神経路の機能的神経結合の検証を電気生理学的手法により試みたところ、腹側中脳の電気刺激によって、一次運動野の反応とともに筋活動が誘発されることを見出した。一次運動野の薬理的不活性を行うと腹側中脳刺激に由来する筋活動は消失することから腹側中脳は一次運動野を介して脊髄運動ニューロンの興奮性を促通する機能があることが支持された。
ヒトおよびモデル動物の結果から、意欲を制御する腹側中脳は運動野の活動とともに運動出力促通に寄与していることを明らかにした。

現在までの達成度 (段落)

令和元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

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2019 実績報告書
  • 2018 実績報告書
  • 研究成果

    (23件)

すべて 2020 2019 2018

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 3件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (19件) (うち国際学会 5件、 招待講演 7件)

  • [雑誌論文] Bypassing stroke-damaged neural pathways via a neural interface induces targeted cortical adaptation2019

    • 著者名/発表者名
      Kato K、Sawada M、Nishimura Y
    • 雑誌名

      Nature Communications

      巻: 10 号: 1

    • DOI

      10.1038/s41467-019-12647-y

    • NAID

      120006733080

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Somatosensation Evoked by Cortical Surface Stimulation of the Human Primary Somatosensory Cortex2019

    • 著者名/発表者名
      Kirin St. Clair、Yanagisawa T、Oshino S、Edakawa K、Tanaka M、Kishima H、Nishimura Y
    • 雑誌名

      Frontiers in Neuroscience

      巻: 13 ページ: 1019-1019

    • DOI

      10.3389/fnins.2019.01019

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] The somatosensory cortex receives information about motor output2019

    • 著者名/発表者名
      Umeda Tatsuya、Isa Tadashi、Nishimura Yukio
    • 雑誌名

      Science Advances

      巻: 5 号: 7 ページ: 5388-5388

    • DOI

      10.1126/sciadv.aaw5388

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] 精神状態と運動パフォーマンス2018

    • 著者名/発表者名
      鈴木迪諒・中山 義久・西村 幸男
    • 雑誌名

      Clinical Neuroscience

      巻: 36 ページ: 1216-1218

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 脊髄損傷後の機能回復を支える腹側線条体の治療標的としての可能性2020

    • 著者名/発表者名
      Suzuki M, Nishimura Y
    • 学会等名
      第97回日本生理学会大会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Coupling between the nucleus accumbens and motor cortex appears during demanding motor control.2019

    • 著者名/発表者名
      Suzuki M, Nishimura Y
    • 学会等名
      第42回日本神経科学大会・第62回日本神経化学会大会合同大会(Neuro2019)
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Control of visual spatial attention in the frontal eye field and supplementary eye field of monkeys2019

    • 著者名/発表者名
      横山修, 西村幸男
    • 学会等名
      第42回日本神経科学大会・第62回日本神経化学会大会合同大会(Neuro2019)
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 人工神経接続による脳機能再建2019

    • 著者名/発表者名
      西村幸男
    • 学会等名
      第42回日本神経科学大会・第62回日本神経化学会大会合同大会(Neuro2019)
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 人工神経接続による脳機能再建2019

    • 著者名/発表者名
      西村幸男
    • 学会等名
      第37回神経科学研究会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 中脳辺縁系-大脳皮質間の機能連関による意欲と身体運動の並列処理機構の解明2019

    • 著者名/発表者名
      鈴木 迪諒
    • 学会等名
      第3回脳情報動態領域会議
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] VTA-M1 pathway contributes to human motivated motor outputs.2019

    • 著者名/発表者名
      SUGAWARA S , NAKAYAMA Y, FUKUNAGA M, YAMAMOTO T, SADATO N, NISHIMURA Y
    • 学会等名
      The 25th annual meeting of the Organization for Human Brain Mapping
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Involvement of the Dorsal Premotor Cortex in Goal-directed Motor Behavior.2019

    • 著者名/発表者名
      NAKAYAMA Y, SUGAWARA S, FUKUNAGA M , HAMANO Y, SADATON, NISHIMURA Y
    • 学会等名
      The 25th annual meeting of the Organization for Human Brain Mapping
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Macaque ventral midbrain facilitates the output to forelimb muscles via the primary motor cortex.2019

    • 著者名/発表者名
      Suzuki M, Inoue K-I, Nakagawa H, Takada M, Isa T and Nishimura Y
    • 学会等名
      Neural Control of Movement (NCM) 2019 Annual Meeting
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Restoring lost voluntary limb control using neural oscillations2019

    • 著者名/発表者名
      Nishimura Y
    • 学会等名
      Neural Oscillation Conference 2019
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Challenge to bridging the corticospinal pathways2018

    • 著者名/発表者名
      Yukio Nishimura
    • 学会等名
      A Symposium to Honor the Career of Eberhard E. Fetz.
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 人工神経接続による神経機能再建2018

    • 著者名/発表者名
      西村幸男
    • 学会等名
      日本脳神経外科学会 第77回総会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 心が身体を動かす神経基盤2018

    • 著者名/発表者名
      西村幸男
    • 学会等名
      第39回日本肥満学会合同シンポジウム2 動きの生物学
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 心が身体を動かす神経基盤2018

    • 著者名/発表者名
      西村幸男
    • 学会等名
      平成30年度生理研研究会 第2回ヒト脳イメージング研究会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 脳脊髄損傷後の機能回復機序と機能再建法2018

    • 著者名/発表者名
      西村幸男
    • 学会等名
      第25回 脳機能とリハビリテーション研究会 学術集会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 人工神経接続による脳機能再建2018

    • 著者名/発表者名
      西村幸男
    • 学会等名
      TOBIRA第7回研究交流フォーラム
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Cerebellar outputs contribute to the activity of the primary motor cortex during arm-reaching movement in macaque monkeys.2018

    • 著者名/発表者名
      Nobuya SANO, Yoshihisa NAKAYAMA, Eiji HOSHI, Satomi CHIKEN, Atsushi NAMBU, and Yukio NISHIMURA
    • 学会等名
      48th annual meeting of the Society for Neuroscience
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Cerebellar outputs modulate neuronal activity in the primary motor cortex during movement execution in macaque monkeys.2018

    • 著者名/発表者名
      Nobuya SANO, Yoshihisa NAKAYAMA, Eiji HOSHI, Satomi CHIKEN, Atsushi NAMBU, and Yukio NISHIMURA
    • 学会等名
      日本神経科学学会第41回大会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] サル腹側中脳は一次運動野を介して筋出力を促通する2018

    • 著者名/発表者名
      鈴木迪諒、井上謙一、中川浩、伊佐正、西村幸男
    • 学会等名
      次世代脳プロジェクト冬のシンポジウム
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書

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公開日: 2018-04-23   更新日: 2021-01-27  

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