扁桃体神経活動が霊長類の顔認知・情動反応・視覚皮質神経活動に及ぼす影響

• 研究領域: トランスカルチャー状況下における顔身体学の構築―多文化をつなぐ顔と身体表現
• 研究課題/領域番号: 20H04596
• 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: 人文・社会系
• 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: 宮川 尚久 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 (60415312)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2022-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2021年度)
• 配分額: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円); 2021年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円); 2020年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
• キーワード: 霊長類 / 情動 / 視覚 / 情動反応 / 顔認知 / 表情 / 身体反応 / 自律神経応答 / 腹側視覚皮質 / 扁桃体 / 化学遺伝学 / 電気生理

研究開始時の研究の概要

物体カテゴリ認知に関わる腹側視覚皮質は顔の視覚認知も司る。中でも、顔に選択的応答を示す神経細胞が集団がとなって存在し(顔パッチ) 、それらが互いに緊密に結びついた『顔パッチシステム』を構成している。一方、これまで情動に関連する脳領域とされてきた扁桃体が、顔や表情、視線などを素早く検知することから、無意識における顔情報処理に重要な役割を果たす可能性が示唆されているが、その詳細は不明である。本研究では、扁桃体が腹側視覚野と連関して、顔や表情、視線の視覚情報処理と情動身体反応の相互作用を実現する仕組みについて、知覚、神経情報処理機構、身体反応の３つの側面から統合的に明らかにする。

研究実績の概要

本研究では、脳の代表的な情動処理中枢である扁桃体が、霊長類で共通の顔情報処理領域とされる、視覚野顔選択性領域(“顔パッチ”)における表情視覚情報処理に果たす役割を評価するため、霊長類では世界でも例の少ない化学遺伝学による神経操作研究を行っている。我々は化学遺伝学に用いる、これまでの薬剤と比較して非常に優れた新規人工薬剤 Deschloroclozapine (DCZ)を見出した(Nagai&Miyakawa et al., Nat Neurosci 2020)。また、この手法で経路選択的な神経操作を行えることを示した(Oyama et al., Sci Adv 2021)。次に、この新規アゴニストDCZおよび興奮性化学遺伝学受容体hM3Dqを用いてマカクザル扁桃体の神経活動を賦活化させ、腹側視覚皮質“顔パッチ”を広範囲で覆う表面脳波電極(ECoG)より、サルが顔の画像を注視した際に反応する視覚応答を計測した。化学遺伝学アゴニストDCZ投与により扁桃体神経活動の持続的賦活化を引き起こすことで、腹側視覚野の視覚応答性神経活動パターンにおいて、1)顔選択性領域内の顔画像に対する視覚応答が減弱すること、2)中立表情と脅威表情の画像に対する視覚応答の差が消失すること、3)色や形の視覚情報については扁桃体操作による影響が生じないことを見出した。また扁桃体操作が実験個体の主観的な情動に及ぼす影響を評価するため、代表的な自律神経応答である瞳孔径反応を調べた。操作をしない場合は、中立表情より脅威表情に対してより大きな散瞳を示したが、扁桃体を賦活化するとこの差は消失した。これらの結果により、扁桃体の活動を持続的な賦活化により乱すことで個体の表情認知が乱されること、その効果は扁桃体から腹側視覚皮質への情報伝達を乱したことによる可能性があること、を示し、現在論文投稿準備中である。

現在までの達成度 (段落)

令和3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3年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [国際共同研究] University of North Carolina/Mount Sinai Cntr Therapeut Discov(米国)
• [雑誌論文] Chronic Behavioral Manipulation via Orally Delivered Chemogenetic Actuator in Macaques (2022)
  • 著者名/発表者名: Oyama Kei、Hori Yukiko、Nagai Yuji、Miyakawa Naohisa、Mimura Koki、Hirabayashi Toshiyuki、Inoue Ken-ichi、Takada Masahiko、Higuchi Makoto、Minamimoto Takafumi
  • 雑誌名: The Journal of Neuroscience 巻: 42 号: 12 ページ: 2552-2561
  • DOI: 10.1523/jneurosci.1657-21.2021
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Chemogenetic dissection of the primate prefronto-subcortical pathways for working memory and decision-making (2021)
  • 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
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Chemogenetic dissection of the primate prefronto-subcortical pathways for working memory and decision-making (2021)
  • 著者名/発表者名: Kei Oyama, Yukiko Hori, Yuji Nagai, Naohisa Miyakawa, Koki Mimura, Toshiyuki Hirabayashi, Ken-ichi Inoue, Tetsuya Suhara, Masahiko Takada, Makoto Higuchi, Takafumi Minamimoto
  • 雑誌名: Science Advances (in press) 巻: ー
  • NAID: 120007089253
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Chemogenetic suppression of pharmacologically induced frontal lobe epilepsy in a macaque monkey (2021)
  • 著者名/発表者名: Miyakawa N, Nagai Y, Kawasaki K, Hori Y, Oyama K, Orihara A, Matsuo T, Suzuki T, Inoue K, Takada M, Suhara T, Higuchi M, Minamimoto T
  • 学会等名: 2021 American Epilepsy Society Annual Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] Chemogenetic suppression of pharmacologically-induced epilepsy in a macaque monkey (2021)
  • 著者名/発表者名: Miyakawa N, Nagai Y, Kawasaki K, Hori Y, Oyama K, Orihara A, Matsuo T, Suzuki T, Inoue K, Takada M, Suhara T, Higuchi M, Minamimoto T
  • 学会等名: 44th Annual Meeting of the Japan Neuroscience Society
  • 国際学会
• [学会発表] Effects of differences in facial surface properties on temporal cortical neuronal activity and discrimination learning in macaque monkeys (2021)
  • 著者名/発表者名: Kazuko Hayashi, Narihisa Matsumoto, Keiji Matsuda, Kenichiro Miura, Shigeru Yamane, Shin Matsuo, Keiji Yanai, Mark A. G. Eldridge, Richard C. Saunders, Barry J. Richmond, Yuji Nagai, Naohisa Miyakawa, Takafumi Minamimoto, Masato Okada, Kenji Kawano, Yasuko Sugase-Miyamoto
  • 学会等名: 44th Annual Meeting of the Japan Neuroscience Society
  • 国際学会
• [学会発表] 扁桃体が腹側視覚皮質における社会・情動性の視覚情報表現に果たす役割 ～化学遺伝学神経操作によるアプローチ (2020)
  • 著者名/発表者名: Naohisa Miyakawa, Yuji Nagai, Yukiko Hori, Takeshi Matsuo, Takafumi Suzuki, Ken-ichi Inoue, Toshiyuki Hirabayashi, Kei Oyama, Masahiko Takada, Tetsuya Suhara, Makoto Higuchi, Keisuke Kawasaki, Takafumi Minamimoto
  • 学会等名: 第43回日本神経科学大会
• [学会発表] Effects of different physical surface properties on face discrimination learning in macaque monkeys (2020)
  • 著者名/発表者名: Kazuko Hayashi, Narihisa Matsumoto, Keiji Matsuda, Kenichiro Miura, Shigeru Yamane, Shin Matsuo, Keiji Yanai, Mark A. G. Eldridge, Richard C. Saunders, Barry J. Richmond, Yuji Nagai, Naohisa Miyakawa, Takafumi Minamimoto, Masato Okada, Kenji Kawano, Yasuko Sugase-Miyamoto
  • 学会等名: 日本動物心理学会 第80回大会
• [学会発表] 扁桃体の持続的賦活化により腹側視覚皮質の顔‐表情の神経表現が変容する (2020)
  • 著者名/発表者名: 宮川 尚久
  • 学会等名: 2020生理研研究会「行動の多様性を支える神経基盤とその動作様式の解明」
  • 招待講演
• [図書] 実験医学2020年11月号、担当範囲:「新しいDREADDsアゴニストDCZと霊長類におけるDREADDs実験例」 (2020)
  • 著者名/発表者名: 宮川 尚久 (分担執筆)
  • 総ページ数: 9
  • 出版者: 羊土社
  • ISBN: 9784758125376
• [備考] 脳の「スイッチ」にピンポイントで作用する薬剤候補を開発
  • URL: https://www.qst.go.jp/site/press/42113.html
• [備考] 神経活動を操作する新技術『化学遺伝学』に、飛躍的に性能が向上した薬剤が登場
  • URL: https://www.jnss.org/news-topics?id=210127-01
• [産業財産権] 人工受容体に結合する新規化合物、人工受容体のイメージング方法、アゴニストまたはアンタゴニスト、治療薬、コンパニオン診断薬、神経細胞のイメージング方法 (2021)
  • 発明者名: 南本敬史, 永井裕司, 季斌, 宮川尚久, 樋口真人, 須原哲也
  • 権利者名: 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構
  • 産業財産権種類: 特許
  • 出願年月日: 2021
  • 取得年月日: 2021