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覚醒剤急性中毒によって異常行動が発現する病態生理機構のマルチスケール解析

公募研究

研究領域マルチスケール精神病態の構成的理解
研究課題/領域番号 21H00212
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
研究機関慶應義塾大学

研究代表者

高田 則雄  慶應義塾大学, 医学部(信濃町), 講師 (50415212)

研究期間 (年度) 2021-04-01 – 2023-03-31
研究課題ステータス 完了 (2022年度)
配分額 *注記
5,980千円 (直接経費: 4,600千円、間接経費: 1,380千円)
2022年度: 2,990千円 (直接経費: 2,300千円、間接経費: 690千円)
2021年度: 2,990千円 (直接経費: 2,300千円、間接経費: 690千円)
キーワードドーパミン / 光ファイバー測光装置 / 強化学習 / マウス / fMRI / 覚醒剤 / 蛍光観察 / GRAB
研究開始時の研究の概要

精神刺激薬は濃度依存的に特徴的な行動を誘発する。実際に精神刺激薬投与後の行動だけから、投与した薬剤の種類や濃度を推定した報告がある(Nature Neurosci, 23(11)1433-43, 2020)。同一の薬剤が異なる病態を生じさせる仕組みは何か?本研究では覚醒剤投与時の脳内ドーパミン動態を主軸として、ドーパミン分子の動態と全脳回路活動、行動との関係性を解明する。覚醒剤の病態生理を、複数の階層(分子・回路・行動)同士の関係性の破綻として理解する試みである。

研究実績の概要

精神刺激薬は濃度依存的に定型的な異常行動を誘発する。たとえば低用量の覚醒剤を急性投与するとマウスは走り回るが(移所運動量の増加)、高用量では1か所に留まって舐める、嗅ぐなどを強迫的に繰り返す(常同行動)。同一の薬剤が異なる病態を生じる仕組みは何か?覚醒剤は線条体のドーパミン(DA)濃度を上昇させる。申請者は独自に開発した「光ファイバー測光装置」を活用してマウス線条体の細胞外DA濃度の計測に成功した。線条体のDA動態が動物行動に及ぼす作用をまず理解するため、レバー押し課題最中のマウスの線条体 DA濃度を蛍光観察した。その結果、レバーを押した後に得られる報酬への期待が大きいほど、報酬を得られなかった場合の線条体におけるDA濃度の低下幅が大きいことを実証し、ガッカリを表現する脳内機構として提案した(European Journal of Neuroscience 2023 DOI:10.1111/ejn.15945)。さらにこの系を活用し、覚醒剤が行動変容へ及ぼす計算論的役割を強化学習モデルを用いて検証している(論文執筆中)。これらと並行して、マウスのfMRI撮像最中にDA濃度を蛍光観察する系を構築済みであり、全脳活動とDA動態との同時計測に取り組んでいる。

現在までの達成度 (段落)

令和4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4年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2022 実績報告書
  • 2021 実績報告書
  • 研究成果

    (17件)

すべて 2023 2022 2021

すべて 雑誌論文 (10件) (うち国際共著 2件、 査読あり 9件、 オープンアクセス 7件) 学会発表 (6件) (うち国際学会 1件、 招待講演 2件) 図書 (1件)

  • [雑誌論文] Slow‐rising and fast‐falling dopaminergic dynamics jointly adjust negative prediction error in the ventral striatum2023

    • 著者名/発表者名
      Shikano Yu、Yagishita Sho、Tanaka Kenji F.、Takata Norio
    • 雑誌名

      European Journal of Neuroscience

      巻: in press 号: 12 ページ: 4502-4522

    • DOI

      10.1111/ejn.15945

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Pupil Dynamics-derived Sleep Stage Classification of a Head-fixed Mouse Using a Recurrent Neural Network2023

    • 著者名/発表者名
      Kobayashi Goh、Tanaka Kenji F.、Takata Norio
    • 雑誌名

      The Keio Journal of Medicine

      巻: 72 号: 2 ページ: 44-59

    • DOI

      10.2302/kjm.2022-0020-OA

    • ISSN
      0022-9717, 1880-1293
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Oscillatory Population-Level Activity of Dorsal Raphe Serotonergic Neurons Is Inscribed in Sleep Structure2022

    • 著者名/発表者名
      Kato Tomonobu、Mitsukura Yasue、Yoshida Keitaro、Mimura Masaru、Takata Norio、Tanaka Kenji F.
    • 雑誌名

      The Journal of Neuroscience

      巻: 42 号: 38 ページ: 7244-7255

    • DOI

      10.1523/jneurosci.2288-21.2022

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Rhythmic activation of excitatory neurons in the mouse frontal cortex improves the prefrontal cortex mediated cognitive function2022

    • 著者名/発表者名
      Hazra Debabrata、Yoshinaga Satoshi、Yoshida Keitaro、Takata Norio、Tanaka Kenji F、Kubo Ken-ichiro、Nakajima Kazunori
    • 雑誌名

      Cerebral Cortex

      巻: - 号: 23 ページ: 5243-5258

    • DOI

      10.1093/cercor/bhac011

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書 2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Dysfunction of parvalbumin-expressing cells in the thalamic reticular nucleus induces cortical spike-and-wave discharges and an unconscious state2022

    • 著者名/発表者名
      Abdelaal Manal S.、Midorikawa Mitsuharu、Suzuki Toru、Kobayashi Kenta、Takata Norio、Miyata Mariko、Mimura Masaru、Tanaka Kenji F.
    • 雑誌名

      Brain Communications

      巻: 4 号: 2 ページ: 1-17

    • DOI

      10.1093/braincomms/fcac010

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書 2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Chronic social defeat stress impairs goal-directed behavior through dysregulation of ventral hippocampal activity in male mice2021

    • 著者名/発表者名
      Yoshida Keitaro、Drew Michael R.、Kono Anna、Mimura Masaru、Takata Norio、Tanaka Kenji F.
    • 雑誌名

      Neuropsychopharmacology

      巻: 46 号: 9 ページ: 1606-1616

    • DOI

      10.1038/s41386-021-00990-y

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Flexible annotation atlas of the mouse brain: combining and dividing brain structures of the Allen Brain Atlas while maintaining anatomical hierarchy2021

    • 著者名/発表者名
      Takata Norio、Sato Nobuhiko、Komaki Yuji、Okano Hideyuki、Tanaka Kenji F.
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 11 号: 1 ページ: 6234-6234

    • DOI

      10.1038/s41598-021-85807-0

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Optical manipulation of local cerebral blood flow in the deep brain of freely moving mice2021

    • 著者名/発表者名
      Abe Yoshifumi、Kwon Soojin、Oishi Mitsuhiro、Unekawa Miyuki、Takata Norio、Seki Fumiko、Koyama Ryuta、Abe Manabu、Sakimura Kenji、Masamoto Kazuto、Tomita Yutaka、Okano Hideyuki、Mushiake Hajime、Tanaka Kenji F.
    • 雑誌名

      Cell Reports

      巻: 36 号: 4 ページ: 109427-109427

    • DOI

      10.1016/j.celrep.2021.109427

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] The dopamine dip amplitude is a quantitative measure of disappointment2021

    • 著者名/発表者名
      Shikano Yu、Yagishita Sho、Tanaka Kenji F.、Takata Norio
    • 雑誌名

      bioRxiv

      巻: 20210723 ページ: 1-53

    • DOI

      10.1101/2021.07.23.453499

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Oscillatory population-level activity of dorsal raphe serotonergic neurons sculpts sleep structure2021

    • 著者名/発表者名
      Kato Tomonobu、Mitsukura Yasue、Yoshida Keitaro、Mimura Masaru、Takata Norio、Tanaka Kenji F.
    • 雑誌名

      bioRxiv

      巻: 20211120 ページ: 1-45

    • DOI

      10.1101/2021.11.19.469231

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] オペラント課題中の腹外側線条体ドパミン濃度の計測と報酬予測誤差の推定2022

    • 著者名/発表者名
      井原慶子、鹿野悠、柳下祥、田中謙二、高田則雄
    • 学会等名
      NEURO2022
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 頭蓋固定下マウスにおける瞳孔動態を用いた再帰型深層学習モデルによる睡眠覚醒状態推定2022

    • 著者名/発表者名
      小林剛、田中謙二、高田則雄
    • 学会等名
      NEURO2022
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 雌への注意 --視床網様核が司る交尾行動成立への影響--2022

    • 著者名/発表者名
      稲森俊之介、高田則雄、田中謙二
    • 学会等名
      NEURO2022
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] A novel oscillatory activity of the thalamic reticular nucleus and its relation to resting state networks of the brain2021

    • 著者名/発表者名
      Norio Takata
    • 学会等名
      ISMRM 28th annual meeting
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] GRABセンサーを用いたオペラント条件付け中の腹外側線条体ドーパミン濃度変化の解析2021

    • 著者名/発表者名
      鹿野悠、田中謙二、高田則雄
    • 学会等名
      第44回日本神経科学会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 全脳と微小神経核の活動同時可視化による脳領域間機能的結合性の解析2021

    • 著者名/発表者名
      高田則雄、小牧裕司、三村將、岡野栄之、田中謙二
    • 学会等名
      第49回可視化情報シンポジウム
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 招待講演
  • [図書] Annual Review神経 2022 :第二章「視床網様核のコア/シェル構造と多様な入出力線維」2022

    • 著者名/発表者名
      高田則雄、稲森俊之介
    • 総ページ数
      9
    • 出版者
      中外医学社
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書

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公開日: 2021-04-28   更新日: 2023-12-25  

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