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上肢喪失時における脳の超適応

公募研究

研究領域身体-脳の機能不全を克服する潜在的適応力のシステム論的理解
研究課題/領域番号 22H04790
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 複合領域
研究機関生理学研究所

研究代表者

南部 篤  生理学研究所, 研究連携センター, 特任研究員 (80180553)

研究期間 (年度) 2022-04-01 – 2024-03-31
研究課題ステータス 完了 (2023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)
2023年度: 2,990千円 (直接経費: 2,300千円、間接経費: 690千円)
2022年度: 2,990千円 (直接経費: 2,300千円、間接経費: 690千円)
キーワード体部位局在 / 幻肢 / サル / 運動皮質 / 感覚皮質 / 可塑性 / 随意運動 / 上肢喪失
研究開始時の研究の概要

体の一部が事故や病気で失われた場合、脳がどのように適応し障害を乗り越えるのであろうか?手足を失っても、存在しない手足が依然としてあるかのように感じたり(幻肢)、強い痛みを感じることがある(幻肢痛)。さらに脳と身体、特に運動皮質や体性感覚皮質は、身体の各部位と1対1に対応している(体部位再現)。手足が失われた場合、体部位再現地図にどのような変化が起きるのであろうか?これらの問題を、ヒトに近い霊長類であり、直接、神経活動を記録することが可能であるサルを対象に、上肢を事故によって失った個体を用いて明らかにする。

研究実績の概要

幼少時に事故によって一側の上肢遠位部を失ったサルにおいて、大脳皮質の体部位局在がどのように変化したのかを調べた。
一次運動野(M1)は中心前回の表面と中心溝の前壁を占めている。障害側では、手指、手根を再現していたと思われる領域が喪失しており、その代わりに断端部が再現されていた。この領域のニューロンは、断端の触診によって反応し、随意運動中にも活動を示した。また低強度の皮質内微小刺激(ICMS)で断端の筋肉の収縮を誘発したた(コア領域)。したがってM1の遠位領域は、断端領域に取って代わられたことになる。低強度のICMSで運動を誘発できるコア領域は、障害側では健常側に比べて縮小していた。
一次体性感覚野(S1)は中心溝の後方に存在する。障害側では断端領域は、上肢領域の一部を占めていた。したがって、遠位上肢領域を再現していた領域は、一部、断端領域を再現するようになったと考えられる。上肢遠位部領域と上肢領域全体の面積を、障害側と健常側とで比べると、障害側の上肢遠位部領域は健常側と比べて小さいが、一方、上肢領域全体では差がないことがわかった。
補足運動野(SMA)においては、誘発される運動と体性感覚入力で上肢領域を調べたところ、障害側において上肢領域のほとんどは断端部位ではなく、近位部の上肢領域を再現していた。遠位部断端領域と上肢全体領域を、障害側と健常側とで比べたところ、障害側の断端領域は、健常側の上肢遠位部より小さいこと、一方、上肢全体領域は、障害側と健常側とで差がないことがわかった。
このようにM1、SMAにおいては、上肢遠位部を再現していた領域が縮小しているのに対し、S1では保存される傾向にあった。運動野と感覚野におけるこのような差が、切断された上肢が依然として存在しているという感覚である「幻肢」の基礎となっている可能性がある。

現在までの達成度 (段落)

令和5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5年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2023 実績報告書
  • 2022 実績報告書
  • 研究成果

    (57件)

すべて 2024 2023 2022 その他

すべて 雑誌論文 (10件) (うち国際共著 4件、 査読あり 10件、 オープンアクセス 10件) 学会発表 (39件) (うち国際学会 5件、 招待講演 26件) 図書 (1件) 備考 (5件) 産業財産権 (1件) 学会・シンポジウム開催 (1件)

  • [雑誌論文] Subthalamic Activity for Motor Execution and Cancellation in Monkeys2024

    • 著者名/発表者名
      Polyakova Zlata、Hatanaka Nobuhiko、Chiken Satomi、Nambu Atsushi
    • 雑誌名

      The Journal of Neuroscience

      巻: 44 ページ: 1911-1922

    • DOI

      10.1523/jneurosci.1911-22.2024

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] External segment of the globus pallidus in health and disease: Its interactions with the striatum and subthalamic nucleus2024

    • 著者名/発表者名
      Nambu Atsushi、Chiken Satomi
    • 雑誌名

      Neurobiology of Disease

      巻: 190 ページ: 106362-106362

    • DOI

      10.1016/j.nbd.2023.106362

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Behavioral effects of zonisamide on L-DOPA-induced dyskinesia in Parkinson's disease model mice2023

    • 著者名/発表者名
      Sano Hiromi、Nambu Atsushi
    • 雑誌名

      Frontiers in Aging Neuroscience

      巻: 15 ページ: 1221341-1221341

    • DOI

      10.3389/fnagi.2023.1221341

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Shared GABA transmission pathology in dopamine agonist- and antagonist-induced dyskinesia2023

    • 著者名/発表者名
      Abe Yoshifumi、Yagishita Sho、Sano Hiromi、Sugiura Yuki、Dantsuji Masanori、Suzuki Toru、Mochizuki Ayako、Yoshimaru Daisuke、Hata Junichi、Matsumoto Mami、Taira Shu、Takeuchi Hiroyoshi、Okano Hideyuki、Ohno Nobuhiko、Suematsu Makoto、Inoue Tomio、Nambu Atsushi、Watanabe Masahiko、Tanaka Kenji F.
    • 雑誌名

      Cell Reports Medicine

      巻: 4 号: 10 ページ: 101208-101208

    • DOI

      10.1016/j.xcrm.2023.101208

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Dynamic Activity Model of Movement Disorders: The Fundamental Role of the Hyperdirect Pathway2023

    • 著者名/発表者名
      Nambu Atsushi、Chiken Satomi、Sano Hiromi、Hatanaka Nobuhiko、Obeso Jose A.
    • 雑誌名

      Movement Disorders

      巻: 38 号: 12 ページ: 2145-2150

    • DOI

      10.1002/mds.29646

    • 関連する報告書
      2023 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] Reward expectation enhances action-related activity of nigral dopaminergic and two striatal output pathways2023

    • 著者名/発表者名
      Rios Alain、Nonomura Satoshi、Kato Shigeki、Yoshida Junichi、Matsushita Natsuki、Nambu Atsushi、Takada Masahiko、Hira Riichiro、Kobayashi Kazuto、Sakai Yutaka、Kimura Minoru、Isomura Yoshikazu
    • 雑誌名

      Communications Biology

      巻: 6 号: 1 ページ: 914-914

    • DOI

      10.1038/s42003-023-05288-x

    • 関連する報告書
      2023 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] Subthalamic nucleus deep brain stimulation driven by primary motor cortex γ2 activity in parkinsonian monkeys2022

    • 著者名/発表者名
      Darbin Olivier、Hatanaka Nobuhiko、Takara Sayuki、Kaneko Nobuya、Chiken Satomi、Naritoku Dean、Martino Anthony、Nambu Atsushi
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 12 号: 1 ページ: 6493-6493

    • DOI

      10.1038/s41598-022-10130-1

    • 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 / 国際共著
  • [雑誌論文] Subthalamic nucleus stabilizes movements by reducing neural spike variability in monkey basal ganglia2022

    • 著者名/発表者名
      Hasegawa Taku、Chiken Satomi、Kobayashi Kenta、Nambu Atsushi
    • 雑誌名

      Nature Communications

      巻: 13 号: 1 ページ: 2233-2233

    • DOI

      10.1038/s41467-022-29750-2

    • 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] Cerebro-cerebellar interactions in nonhuman primates examined by optogenetic functional magnetic resonance imaging2022

    • 著者名/発表者名
      Goda Naokazu、Hasegawa Taku、Koketsu Daisuke、Chiken Satomi、Kikuta Satomi、Sano Hiromi、Kobayashi Kenta、Nambu Atsushi、Sadato Norihiro、Fukunaga Masaki
    • 雑誌名

      Cerebral Cortex Communications

      巻: 3 号: 2 ページ: 1-14

    • DOI

      10.1093/texcom/tgac022

    • 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] Dopamine drives neuronal excitability via KCNQ channel phosphorylation for reward behavior2022

    • 著者名/発表者名
      Tsuboi Daisuke、Otsuka Takeshi、Shimomura Takushi、Faruk Md Omar、Yamahashi Yukie、Amano Mutsuki、Funahashi Yasuhiro、Kuroda Keisuke、Nishioka Tomoki、Kobayashi Kenta、Sano Hiromi、Nagai Taku、Yamada Kiyofumi、Tzingounis Anastasios V.、Nambu Atsushi、Kubo Yoshihiro、Kawaguchi Yasuo、Kaibuchi Kozo
    • 雑誌名

      Cell Reports

      巻: 40 号: 10 ページ: 111309-111309

    • DOI

      10.1016/j.celrep.2022.111309

    • 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 / 国際共著
  • [学会発表] Basal Ganglia Odyssey: 42 Years with Dr. Takada2024

    • 著者名/発表者名
      Atsushi Nambu
    • 学会等名
      International Symposium on Brain Science -Messages to the Next Genaration-
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 高田先生との42年2024

    • 著者名/発表者名
      南部 篤
    • 学会等名
      International Symposium on Brain Science -Messages to the Next Genaration-
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 大脳基底  解けなかった問題2024

    • 著者名/発表者名
      南部 篤
    • 学会等名
      令和5年度大脳基底核機能研究会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 抗コリン剤がパーキンソン病に効くメカニズム:サルによる検討2024

    • 著者名/発表者名
      林田悠希、知見聡美、畑中伸彦、飛田秀樹、南部 篤
    • 学会等名
      第101回日本生理学会大会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 基礎医学からみたパーキンソン病2023

    • 著者名/発表者名
      南部 篤
    • 学会等名
      都医学研都民講座
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] In search of a unified view for the pathophysiology of movement disorders2023

    • 著者名/発表者名
      Atsushi Nambu
    • 学会等名
      XIV Meeting of the International Basal Ganglia Society (IBAGS)
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 神経生理学からパーキンソン病の病態を考える2023

    • 著者名/発表者名
      南部 篤
    • 学会等名
      Neurologist Salon in Sakurayama
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] エバーツから60年2023

    • 著者名/発表者名
      南部 篤
    • 学会等名
      第46回日本神経科学大会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] パーキンソン病モデルマウスの病態生理学的変化とPKA/Rap1カスケードの活性化によるその改善2023

    • 著者名/発表者名
      佐野裕美、小林憲太、知見聡美、南部 篤、貝淵弘三
    • 学会等名
      第46回日本神経科学大会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] パーキンソン病治療薬、方法の神経生理学的評価2023

    • 著者名/発表者名
      南部 篤、知見聡美、佐野裕美
    • 学会等名
      第46回日本神経科学大会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] Spr欠損マウスにおけるパーキンソン病様運動障害の電気生理学的解析2023

    • 著者名/発表者名
      豊田 亮, 久保田光, 知見聡美, 一瀬(鷲見)千穂, 小川涼平, 一瀬 宏, 南部 篤
    • 学会等名
      第46回日本神経科学大会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 視床下核による運動制御機構-健常と疾患2023

    • 著者名/発表者名
      知見聡美、長谷川 拓、小林 憲太、南部 篤
    • 学会等名
      第46回日本神経科学大会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] How to find the hyperdirect pathway2023

    • 著者名/発表者名
      南部 篤
    • 学会等名
      第37回日本大脳基底核研究会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 大脳基底核疾患の病態生理を統一的に理解する2023

    • 著者名/発表者名
      南部 篤
    • 学会等名
      Neurobiology Web Seminar
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 神経生理学からパーキンソン病を考える2023

    • 著者名/発表者名
      南部 篤
    • 学会等名
      神戸大学CMX創発医学講演会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 小脳と大脳基底核が出会う時―生理と病態2023

    • 著者名/発表者名
      南部 篤
    • 学会等名
      第53回日本臨床神経生理学会学術大会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 定位脳手術に役立つ神経生理学2023

    • 著者名/発表者名
      南部 篤
    • 学会等名
      第62回日本定位・機能神経外科学会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Hidden code of the basal ganglia2023

    • 著者名/発表者名
      南部 篤
    • 学会等名
      第12回 生理研-脳研-ヒト進化研究センター合同シンポジウム
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Somatotopic reorganization of the macaque sensorimotor cortex after accidental arm amputation2023

    • 著者名/発表者名
      Atsushi Nambu
    • 学会等名
      CIN-NIPS-Asia Pacific Systems Neuroscience Symposium 2023(
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 脳基底核疾患の病態生理の統一的理解にむけて2023

    • 著者名/発表者名
      南部 篤
    • 学会等名
      日本生理学会第100回記念大会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] My life with the basal ganglia2023

    • 著者名/発表者名
      Atsushi Nambu
    • 学会等名
      生理学研究所国際研究集会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Elucidating neuronal mechanism of Parkinson’s disease using NHP2023

    • 著者名/発表者名
      Atsushi Nambu, Satomi Chiken
    • 学会等名
      NPRCT-CU Symposium
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Application of optogenetics and chemogenetics to NHP using viral vectors2023

    • 著者名/発表者名
      Satomi Chiken, Atsushi Nambu
    • 学会等名
      NPRCT-CU Symposium
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 大脳基底核、わかったこと、わからないこと2023

    • 著者名/発表者名
      南部 篤
    • 学会等名
      生理学研究所 部門公開セミナー
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 大脳基底核の神経活動から迫るパーキンソン病の病態2022

    • 著者名/発表者名
      南部 篤
    • 学会等名
      第63回日本神経学会学術大会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] モデル動物の神経活動から大脳基底核疾患の病態を考える2022

    • 著者名/発表者名
      南部 篤
    • 学会等名
      Movement Disorders Conference
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] モデル動物を用いてヒトの神経疾患の病態を明らかにする2022

    • 著者名/発表者名
      南部 篤
    • 学会等名
      革新脳・国際脳合同国内シンポジウム
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Somatotopic reorganization of the sensorimotor cortex in macaque monkeys after accidental arm amputation2022

    • 著者名/発表者名
      Pimpimon Nondhalee, Nobuhiko Hatanaka, Atsushi Nambu
    • 学会等名
      Neuro2022
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 大脳基底核の神経回路からパーキンソン病の病態を考える2022

    • 著者名/発表者名
      南部 篤
    • 学会等名
      Neurology Webセミナー
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 大脳基底核疾患の病態生理を統一的に理解する2022

    • 著者名/発表者名
      南部 篤
    • 学会等名
      第12回名古屋大学医学系研究科・生理学研究所合同シンポジウム
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 大脳基底核の病態生理を統一的に理解する2022

    • 著者名/発表者名
      南部 篤
    • 学会等名
      機能生物学セミナー(東京大学医学部)
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 大脳基底核の神経活動から見たパーキンソン病2022

    • 著者名/発表者名
      南部 篤
    • 学会等名
      第27回東海パーキンソン病研究会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 大脳基底核の神経活動からパーキンソン病の病態生理を考える2022

    • 著者名/発表者名
      南部 篤
    • 学会等名
      第35回関東パーキンソン病勉強会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 大脳基底核疾患の病態生理の統一的理解に向けて2022

    • 著者名/発表者名
      南部 篤
    • 学会等名
      第52回日本臨床神経生理学会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] ドーパミンはKCNQチャネルのリン酸化を介して神経細胞の興奮性を高めることで報酬行動を促進させる2022

    • 著者名/発表者名
      坪井大輔、大塚岳、下村拓史、Md.Faruk Omar、山橋幸恵、天野睦紀、佐野裕美、永井 拓、山田清文、Anastasios V. Tzingounis、南部篤、久保義弘、川口泰雄、貝淵弘三
    • 学会等名
      Neuro2022
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] マカクサルにおける運動の実行と中止に関わる視床下核ニューロンの活動様式2022

    • 著者名/発表者名
      畑中伸彦、Zlata Polyakova、知見聡美、南部 篤
    • 学会等名
      Neuro2022
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 上肢到達運動の制御過程に小脳を起点とし筋肉に至る神経経路が関与する2022

    • 著者名/発表者名
      中山義久、佐野暢哉、知見聡美、南部 篤、西村幸男
    • 学会等名
      Neuro2022
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] dystonia musculorumマウスの運動異常における感覚運動回路の役割2022

    • 著者名/発表者名
      吉岡 望、黒瀬雅之、佐野裕美、知見聡美、山村健介、南部 篤、竹林浩秀
    • 学会等名
      Neuro2022
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 黒質-線条体路ドーパミン伝達による行動関連ニューロン活動の報酬履歴への依存性2022

    • 著者名/発表者名
      野々村聡、リオス アライン、加藤成樹、酒井 裕、南部 篤、高田 昌彦、小林和人、木村 實、礒村宜和
    • 学会等名
      Neuro2022
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [図書] カンデル神経科学 第2版(訳書)2022

    • 著者名/発表者名
      南部 篤
    • 総ページ数
      1704
    • 出版者
      メディカル・サイエンス・インターナショナル
    • ISBN
      9784815730550
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [備考] 旧生体システム研究部門web site

    • URL

      https://www.nips.ac.jp/sysnp/

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [備考] 生体システム研究部門web site

    • URL

      https://www.nips.ac.jp/sysnp/

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [備考] 光照射とfMRIでサルの脳内ネットワークを明らかに

    • URL

      https://www.nips.ac.jp/nips_research/press/2022/06/2022fmri.html

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [備考] 滑らかな運動はどう実現されるのか~大脳基底核の視床下核が運動を制御するメカニズム~

    • URL

      https://www.nips.ac.jp/release/2022/04/post_472.html

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [備考] パーキンソン病の新たな治療法を開発

    • URL

      https://www.nips.ac.jp/release/2022/04/post_471.html

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [産業財産権] 脳深部刺激装置2023

    • 発明者名
      南部 篤、畑中伸彦、知見聡美、オリビエ ダービン
    • 権利者名
      大学共同利用機関法人 自然科学研究機構
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      2023-056438
    • 出願年月日
      2023
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会・シンポジウム開催] 生理学研究所国際研究集会「大脳皮質ー大脳基底核神経回路の機能とその破綻がもたらす機能障害」2023

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書

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公開日: 2022-04-19   更新日: 2024-12-25  

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