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運動制御における小脳小規模回路の機能

公募研究

研究領域メゾスコピック神経回路から探る脳の情報処理基盤
研究課題/領域番号 25115705
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
研究機関山梨大学 (2014)
東京大学 (2013)

研究代表者

喜多村 和郎  山梨大学, 総合研究部, 教授 (60423159)

研究期間 (年度) 2013-04-01 – 2015-03-31
研究課題ステータス 完了 (2014年度)
配分額 *注記
11,700千円 (直接経費: 9,000千円、間接経費: 2,700千円)
2014年度: 5,850千円 (直接経費: 4,500千円、間接経費: 1,350千円)
2013年度: 5,850千円 (直接経費: 4,500千円、間接経費: 1,350千円)
キーワード神経科学 / 生理学 / 2光子イメージング / 小脳 / プルキンエ細胞 / 運動
研究実績の概要

運動制御における小脳皮質の機能的役割を明らかにする目的で、2光子イメージングを用い、運動課題実行中の小脳プルキンエ細胞の活動解析を行った。まず、小脳皮質の帯状構造を可視化することのできるマウスを用い、小脳皮質の機能単位である微小帯域の機能イメージングを行った。2光子カルシウムイメージングにより、プルキンエ細胞の登上線維応答観察したところ、登上線維応答の同期性と帯状構造がを1細胞レベルで一致していることが明らかとなった。また、覚醒状態のマウスでこの同期性と帯状構造の一致がどのようになるかを調べたところ、帯状構造をまたいで複数の微小帯域が協調して働いていることが明らかとなった。この結果は、小脳皮質微小帯域と登上線維の関係は投射パターンによって厳密に決まっているものの、脳の覚醒状態や行動状態によって、それらの間のカップリングを柔軟に変化させて、情報処理を行っていることを示唆している。次に、微小帯域の運動制御・運動学習における機能的役割を明らかにするために、頭部固定下のマウスで運動課題を学習途中に、GCaMPによるカルシウムイメージングにより、同一個体で経時的に小脳プルキンエ細胞の活動を観察した。その結果、運動開始のタイミング制御に関わると考えられる活動や、運動の結果としての感覚フィードバックを表現していると思われる活動などが観察され、それらの活動が学習の過程で変化すること、運動や感覚情報を担う機能的微小帯域と帯状構造とが一致していることなどが明らかになりつつある。レバー引きなどのより複雑で精緻な多関節前肢運動についても、同様の実験をおこなっており、これらの実験を通して運動制御・運動学習の基盤となる小脳皮質小規模回路の機能的役割を明らかにしていく。

現在までの達成度 (段落)

26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

26年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2014 実績報告書
  • 2013 実績報告書
  • 研究成果

    (22件)

すべて 2015 2014 2013 2012 その他

すべて 雑誌論文 (10件) (うち査読あり 10件、 オープンアクセス 3件、 謝辞記載あり 3件) 学会発表 (12件) (うち招待講演 1件)

  • [雑誌論文] Structure–function relationships between aldolase C/Zebrin II expression and complex spike synchrony in the cerebellum2015

    • 著者名/発表者名
      Tsutsumi S, Yamazaki M, Miyazaki T, Watanabe M, Sakimura K, Kano M, Kitamura K
    • 雑誌名

      J Neurosci.

      巻: 35 号: 2 ページ: 843

    • DOI

      10.1523/jneurosci.2170-14.2015

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Rational design of a high-affinity, fast, red calcium indicator R-CaMP22015

    • 著者名/発表者名
      Inoue M, Takeuchi A, Horigane S, Ohkura M, Gengyo-Ando K, Fujii H, Kamijo S, Takemoto-Kimura S, Kano M, Nakai J, Kitamura K, Bito H
    • 雑誌名

      Nat Methods

      巻: 12 号: 1 ページ: 64

    • DOI

      10.1038/nmeth.3185

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Two distinct layer-specific dynamics of cortical ensembles during learning of a motor task.2014

    • 著者名/発表者名
      Masamizu Y, Tanaka YR, Tanaka YH, Hira R, Ohkubo F, Kitamura K, Isomura Y, Okada T, Matsuzaki M.
    • 雑誌名

      Nat. Neurosci

      巻: 17 号: 7 ページ: 987-994

    • DOI

      10.1038/nn.3739

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Spike timing-dependent selective strengthening of single climbing fibre inputs to Purkinje cells during cerebellar development2013

    • 著者名/発表者名
      Yoshinobu Kawamura, Hisako Nakayama, Kouichi Hashimoto, Kenji Sakimura, Kazuo Kitamura and Masanobu Kano.
    • 雑誌名

      Nat Commun.

      巻: 4 号: 1 ページ: 2732-2732

    • DOI

      10.1038/ncomms3732

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Relationship between the local structure of orientation map and the strength of orientation tuning of neurons in monkey V1: a 2-photon calcium imaging study2013

    • 著者名/発表者名
      Ikezoe, K., Mori, Y., Kitamura, K., Tamura, H., Fujita, I.
    • 雑誌名

      Journal of Neuroscience

      巻: 33(42) 号: 42 ページ: 16818-16827

    • DOI

      10.1523/jneurosci.2209-13.2013

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Disruption of cerebellar microzonal organization in GluD2 (Glurδ2) knockout mouse2013

    • 著者名/発表者名
      Hashizume M, Miyazaki T, Sakimura K, Watanabe M, Kitamura K, Kano M
    • 雑誌名

      Front Neural Circuits

      巻: 7 号: JUL ページ: 130-130

    • DOI

      10.3389/fncir.2013.00130

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Functional labeling of neurons and their projections using the synthetic activity-dependent promoter E-SARE2013

    • 著者名/発表者名
      Kawashima T, Kitamura K, Suzuki K, Nonaka M, Kamijo S, Takemoto-Kimura S, Kano M, Okuno H, Ohki K, Bito H.
    • 雑誌名

      Nature Methods

      巻: 10 号: 9 ページ: 889

    • DOI

      10.1038/nmeth.2559

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Nonlinear Decoding and Asymmetric Representation of Neuronal Input Information by CaMKIIα and Calcineurin2013

    • 著者名/発表者名
      Fujii H, Inoue M, Okuno H, Sano Y; Takemoto-Kimura S, Kitamura K, Kano M, Bito H.
    • 雑誌名

      Cell Reports

      巻: 3 号: 4 ページ: 978

    • DOI

      10.1016/j.celrep.2013.03.033

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Calcium-dependent regulation of climbing fibre synapse elimination during postnatal cerebellar development2013

    • 著者名/発表者名
      Kano M, Nakayama H, Hashimoto K, Kitamura K, Sakimura K, Watanabe M
    • 雑誌名

      J. Physiol.

      巻: 591 号: 13 ページ: 3151

    • DOI

      10.1113/jphysiol.2012.248252

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Dendritic calcium signaling in cerebellar Purkinje cell2012

    • 著者名/発表者名
      Kitamura K
    • 雑誌名

      Neural Networks

      巻: 47 ページ: 11

    • DOI

      10.1016/j.neunet.2012.08.001

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Experience-Dependent Clustering of Sensory Synaptic Inputs in the somatosensory cortex2015

    • 著者名/発表者名
      Kazuo Kitamura, Masanobu Kano
    • 学会等名
      第92回日本生理学会
    • 発表場所
      兵庫県神戸市神戸国際会議場
    • 年月日
      2015-03-23
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] Two-photon imaging of neural activity at single neurons and single synapses: Optical physiology in vivo2014

    • 著者名/発表者名
      Kazuo Kitamura
    • 学会等名
      第37回日本神経科学学会
    • 発表場所
      神奈川県横浜市パシフィコ横浜
    • 年月日
      2014-09-12
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] Highly sensitive calcium imaging of neural activity in vitro and in vivo with a new fluorescent calcium indicator, Cal-5202014

    • 著者名/発表者名
      Atsuya Takeuchi, Mayumi Tada, Miki Hashizume, Kazuo Kitamura, Masanobu Kano
    • 学会等名
      第37回日本神経科学学会
    • 発表場所
      神奈川県横浜市パシフィコ横浜
    • 年月日
      2014-09-11
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] Impairment of cerebellar microzonal organization by aberrant climbing fiber to Purkinje cell wiring in GluRδ2 (GluD2) knockout mouse.2013

    • 著者名/発表者名
      Miki Hashizume, Taisuke Miyazaki, Kenji Sakimura, Masahiko Watanabe, Kazuo Kitamura, Masanobu Kano
    • 学会等名
      Neuroscience2013
    • 発表場所
      San Diego, USA
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] Fine scale correspondence between the cerebellar microzones and the aldolase C compartments in mice.2013

    • 著者名/発表者名
      Shinichiro Tsutsumi, Maya Yamazaki, Taisuke Miyazaki, Masahiko Watanabe, Kenji Sakimura, Kazuo Kitamura, Masanobu Kano
    • 学会等名
      Neuroscience2013
    • 発表場所
      San Diego, USA
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] Selective strengthening of single climbing fiber inputs to Purkinje cells during postnatal cerebellar development in vivo.2013

    • 著者名/発表者名
      Yoshinobu Kawamura, Hisako Nakayama, Kouichi Hashimoto, Kenji Sakimura, Kazuo Kitamura, Masanobu Kano
    • 学会等名
      Neuroscience2013
    • 発表場所
      San Diego, USA
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] Postnatal desynchronization of climbing fiber responses in Purkinje cell populations of the developing cerebellum.2013

    • 著者名/発表者名
      Jean -M. Good, Taisuke Miyazaki, Kazuo Kitamura, Masahiko Watanabe, Kenji Sakimura, Masanobu Kano
    • 学会等名
      Neuroscience2013
    • 発表場所
      San Diego, USA
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] Synchronous climbing fiber responses correlated with the aldolase C compartments in mouse cerebellar cortex2013

    • 著者名/発表者名
      Shinichiro Tsutsumi, Mayumi Tada, Kenji Sakimura, Kazuo Kitamura, Masanobu Kano
    • 学会等名
      Neuro2013
    • 発表場所
      京都
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] Sparse and heterogeneous organization of sensory inputs in layer 2/3 of mouse barrel cortex2013

    • 著者名/発表者名
      Kazuo Kitamura, Masanobu Kano
    • 学会等名
      Neuro2013
    • 発表場所
      京都
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] 光で探る脳の活動 ~シナプスからニューロンまで~

    • 著者名/発表者名
      喜多村和郎
    • 学会等名
      第22回日本バイオイメージング学会学術集会公開講座
    • 発表場所
      東京
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 小脳皮質回路の機能構築と運動制御・運動記憶.

    • 著者名/発表者名
      喜多村和郎
    • 学会等名
      第2回記憶回路研究会
    • 発表場所
      岡崎
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] 光で探る脳のはたらき~シナプスから回路へ~

    • 著者名/発表者名
      喜多村和郎
    • 学会等名
      量子エレクトロニクス研究会
    • 発表場所
      軽井沢
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書

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公開日: 2013-05-15   更新日: 2019-07-29  

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