霊長類・げっ歯類モデルでの脳深部振動と運動制御

2016 年度 実績報告書

• 研究領域: 非線形発振現象を基盤としたヒューマンネイチャーの理解
• 研究課題/領域番号: 15H05873
• 研究機関: 生理学研究所
• 研究代表者: 南部 篤 生理学研究所, システム脳科学研究領域, 教授 (80180553)
• 研究期間 (年度): 2015-06-29 – 2020-03-31
• キーワード: 脳・神経 / 脳神経疾患 / ソフトコンピューティング / 神経科学 / 生理学

研究実績の概要

霊長類、げっ歯類モデルでの脳深部振動と運動制御に関して、以下の研究を行った。
パーキンソン病の病態生理に関して、これまで大脳基底核や視床の神経活動が調べられており、平均発射頻度の変化や発射パターンの変化などが報告されてきた。これらの神経活動は最終的に大脳皮質に伝達されることにより、症状を発現していると考えられるが、大脳皮質の神経活動を調べた報告は少ない。そこで本年度は、パーキンソン病の病態を調べるため、ドーパミン神経毒であるMPTPを投与してパーキンソン病にしたニホンザルの一次運動野（M1）と補足運動野（SMA）から神経活動の記録を行った。パーキンソン病の際には、M1とSMAの神経活動のうち時間、周波数、非線形パラメータなどが変化していた。しかし、例えばパーキンソン病の際、M１の発射頻度は上昇するがSMAは変化しない、発射頻度のばらつきはM1では減少するがSMAでは不変、M1ではα帯域とβ帯域は増大するのに対し、SMAでは減少するなど、M1とSMAとで異なる変化を示した。概してM1の方がSMAに比べて、受ける影響が大きかった。このようなM1とSMAの複雑な変化は、感覚ー運動のコントロールの破綻によって特徴づけられるパーキンソン病の症状の複雑さを反映していると考えられる。M1とSMAの活動が異なることから、パーキンソン病は大脳皮質の神経活動に対して一様な影響を与えているのではないことがわかった。パーキンソン病の際の大脳皮質の神経活動を、今後も調べる必要がある。

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

霊長類モデル、とくにパーキンソン病モデルを使った研究が順調に進んでいる。

今後の研究の推進方策

これらの成果を論文などにおいて発表する。また、今後ともパーキンソン病やジストニアなどの疾患モデルの解析に取り組む。

研究成果

• [国際共同研究] Bar-Ilan 大学(イスラエル)
  • 国名: イスラエル
  • 外国機関名: Bar-Ilan 大学
• [国際共同研究] hm CINAC(スペイン)
  • 国名: スペイン
  • 外国機関名: hm CINAC
• [国際共同研究] 北京大学(中国)
  • 国名: 中国
  • 外国機関名: 北京大学
• [国際共同研究] スウェーデン王立工科大学(スウェーデン)
  • 国名: スウェーデン
  • 外国機関名: スウェーデン王立工科大学
• [雑誌論文] Development of stereotaxic recording system for awake marmosets (Callithrix jacchus). (2018)
  • 著者名/発表者名: Wakabayashi M, Koketsu D, Kondo H, Sato S, Ohara K, Polyakova Z, Chiken S, Hatanaka N, Nambu A
  • 雑誌名: Neurosci Res 巻: 135 ページ: 37-45
  • DOI: 10.1016/j.neures.2018.01.001
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Silencing of FUS in the common marmoset (Callithrix jacchus) brainvia stereotaxic injection of an adeno-associated virus encoding shRNA. (2018)
  • 著者名/発表者名: Endo K, Ishigaki S, Masamizu Y, Fujioka Y, Watakabe A, Yamamori T, Hatanaka N, Nambu A, Okado H, Katsuno M, Watanabe H, Matsuzaki M, Sobue G
  • 雑誌名: Neurosci Res 巻: in press ページ: in press
  • DOI: doi: 10.1016/j.neures.2017.08.006
  • 査読あり
• [雑誌論文] The subthalamic nucleus-external globus pallidus loop biases exploratory decisions towards known alternatives: a neuro-computational study. (2018)
  • 著者名/発表者名: Baladron J, Nambu A, Hamker F
  • 雑誌名: Eur J Neurosci 巻: in press ページ: in press
  • DOI: DOI: 10.1111/ejn.13666
  • 査読あり
• [雑誌論文] Rabies virus-mediated oligodendrocyte labeling reveals a single oligodendrocyte myelinates axons from distinct brain regions. (2017)
  • 著者名/発表者名: Osanai Y, Shimizu T, Mori T, Yoshimura Y, Hatanaka N, Nambu A, Kimori Y, Koyama S, Kobayashi K, Ikenaka K
  • 雑誌名: Glia 巻: 65 ページ: 93-105
  • DOI: doi: 10.1002/glia.23076
  • 査読あり
• [雑誌論文] Adeno-associated virus-mediated gene transfer into taste cells in vivo. (2017)
  • 著者名/発表者名: Taruno A, Kashio M, Sun H, Kobayashi K, Sano H, Nambu A, Marunaka Y
  • 雑誌名: Chemical Senses 巻: 42 ページ: 69-78
  • DOI: doi:10.1093/chemse/bjw10
  • 査読あり
• [雑誌論文] Computational Model of Recurrent Subthalamo-Pallidal Circuit for Generation of Parkinsonian Oscillations. (2017)
  • 著者名/発表者名: Shouno O, Tachibana Y, Nambu A, Doya K
  • 雑誌名: Front. Neuroanat 巻: 11 ページ: 21
  • DOI: doi: 10.3389/fnana.2017.00021
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Optogenetic activation of the sensorimotor cortex reveals "local inhibitory and global excitatory" inputs to the basal ganglia. (2017)
  • 著者名/発表者名: Ozaki M, Sano H, Sato S, Ogura M, Mushiake H, Chiken S, Nakao N, Nambu A
  • 雑誌名: Cerebral Cortex 巻: 27 ページ: 5716-5726
  • DOI: doi: 10.1093/cercor/bhx234
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Information processing from the motor cortices to the subthalamic nucleus and globus pallidus and their somatotopic organizations revealed electrophysiologically in monkeys. (2017)
  • 著者名/発表者名: Iwamuro H, Tachibana Y, Ugawa Y, Saito N, Nambu A
  • 雑誌名: Eur J Neurosci 巻: 46 ページ: 2684-2701
  • DOI: DOI: 10.1111/ejn.13738
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Pathophysiology of dystonia (2018)
  • 著者名/発表者名: Atsushi Nambu
  • 学会等名: Stockholm-Okazaki Workshop on "Multi-scale dynamics of basal ganglia in brain function and dysfunction"
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Physiological roles of striatal projection neurons revealed by optogenetics (2018)
  • 著者名/発表者名: Hiromi Sano, Atsushi Nambu
  • 学会等名: 第95回 日本生理学会大会
  • 招待講演
• [学会発表] マーモセットを用いた電気生理学的研究 (2018)
  • 著者名/発表者名: 纐纈 大輔、南部 篤
  • 学会等名: マーモセット研究会
• [学会発表] マーモセットの線条体ドーパミンD1、D2受容体の選択的ノックダウン法を用いた大脳基底核神経回路の機能解析 (2018)
  • 著者名/発表者名: 纐纈 大輔、南部 篤
  • 学会等名: 大脳基底核機能研究会
• [学会発表] The chemogenetic suppression of the primate subthalamic nucleus induces abnormal involuntary movements (2018)
  • 著者名/発表者名: Taku Hasegawa, Satomi Chiken, Kenta Kobayashi, Atsushi Nambu
  • 学会等名: 第95回日本生理学会大会
• [学会発表] Aberrant signalling of basal ganglia circuitry induces dyskinesia after chronic L-dopa administration in 6-hydroxydopamine mice (2018)
  • 著者名/発表者名: Dwi Wahyu Indriani, Hiromi Sano, Satomi Chiken, Atsushi Nambu
  • 学会等名: Stockholm-Okazaki Workshop on "Multi-scale dynamics of basal ganglia in brain function and dysfunction"
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Cortical control of monkey subthalamic nucleus (2018)
  • 著者名/発表者名: Zlata Polyakova, Nobuhiko Hatanaka, Satomi Chiken, Atsushi Nambu
  • 学会等名: 95th Annual Meeting of the Physiological Society of Japan.
• [学会発表] ネットワーク異常としてのパーキンソン病 (2018)
  • 著者名/発表者名: 南部 篤
  • 学会等名: 第６回ニューロカンファレンス和歌山
  • 招待講演
• [学会発表] 淡蒼球の機能解剖について (2018)
  • 著者名/発表者名: 南部 篤
  • 学会等名: 革新脳臨床G分科会
  • 招待講演
• [学会発表] 大脳皮質ー大脳基底核投射について (2018)
  • 著者名/発表者名: 南部 篤
  • 学会等名: 平成29年度京都大学霊長類研究所共同利用研究会「先端技術の導入による霊長類脳科学の進展と新たな概念の創出」
  • 招待講演
• [学会発表] Parkinson's disease as a network disorder (2018)
  • 著者名/発表者名: Atsushi Nambu
  • 学会等名: The 4th CiNet Conference, Neural oscillation and functional connectivity: from anatomy to perception
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] "Inhibitory center-excitatory surround" inputs from the motor cortex to the globus pallidus revealed by optogenetic stimulation (2017)
  • 著者名/発表者名: Atsushi Nambu
  • 学会等名: 2017 Yonsei-Korean-NIPS Symposium
  • 国際学会
• [学会発表] The chemogenetic suppression of the primate subthalamic nucleus induces abnormal involuntary movements (2017)
  • 著者名/発表者名: Taku Hasegawa, Satomi Chiken, Kenta Kobayashi, Atsushi Nambu
  • 学会等名: International symposium, Neural Oscillation Conference 2017, Problems of Consciousness and Neuropsychiatric Disorders as Network Diseases
  • 国際学会
• [学会発表] Cortico-striatal induced responses in the basal ganglia (2017)
  • 著者名/発表者名: Hiromi Sano, Kenta Kobayashi, Shigeki Sato, Satomi Chiken, Kazuto Kobayashi, Atsushi Nambu
  • 学会等名: International symposium, Neural Oscillation Conference 2017, Problems of Consciousness and Neuropsychiatric Disorders as Network Diseases
  • 国際学会
• [学会発表] "Inhibitory center-excitatory surround" inputs from the motor cortex to the globus pallidus revealed by optogenetic stimulation (2017)
  • 著者名/発表者名: Atsushi Nambu, Mitsunori Ozaki, Hiromi Sano, Shigeki Sato, Mitsuhiro Ogura, Hajime Mushiake, Satomi Chiken, Naoyuki Nakao
  • 学会等名: International symposium, Neural Oscillation Conference 2017, Problems of Consciousness and Neuropsychiatric Disorders as Network Diseases
  • 国際学会
• [学会発表] 我慢をする脳内メカニズムー視床下核の新たな機能を探るー (2017)
  • 著者名/発表者名: 橘 吉寿、南部 篤
  • 学会等名: 第３２回日本大脳基底核研究会
• [学会発表] qAIM-MRIによるD1ドーパミン受容体コンディショナルノックダウンマウスの全脳神経活動解析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 小山内誠、菊田里美、谷平大樹、本間経康、中尾聡宏、小田佳奈子、笹岡俊邦、南部篤
  • 学会等名: 第３２回日本大脳基底核研究会
• [学会発表] D1/D2ドーパミン受容体コンディショナル発現マウスによる運動制御機構の解明 (2017)
  • 著者名/発表者名: 笹岡俊邦、佐藤朝子、知見聡美、大久保直、阿部学、川村名子、中尾聡宏、小田佳奈子、酒井清子、前田宣俊、神保幸弘、佐藤俊哉、藤澤信義、崎村建司、南部篤
  • 学会等名: 第３２回日本大脳基底核研究会
• [学会発表] Differential involvement of direct- and indirect-pathway spiny projection neurons in action valuation and update in the dorsomedial striatum (2017)
  • 著者名/発表者名: Minoru Kimura, Satoshi Nomura, Kayo Nishizawa, Kazuto Kobayashi, Yutaka Sakai, Yasuo Kawaguchi, Atsushi Nambu, Ko Yamanaka, Yoshikazu Isomura
  • 学会等名: The 40th Annual Meeting of the Japan Neuroscicence Society
  • 招待講演
• [学会発表] Basal ganglia meet cerebellum: Introduction (2017)
  • 著者名/発表者名: Atsushi Nambu
  • 学会等名: The 40th Annual Meeting of the Japan Neuroscicence Society
  • 招待講演
• [学会発表] How do the basal ganglia and cerebellum control thalamocortical activity? (2017)
  • 著者名/発表者名: Satomi Chiken, Atsushi Nambu
  • 学会等名: The 40th Annual Meeting of the Japan Neuroscicence Society
  • 招待講演
• [学会発表] Elucidation of motor control mechanism using genetically mice harboring tetracycline-regulated expressiom of D1/D2 dopamine receptors (2017)
  • 著者名/発表者名: Toshikuni Sasaoka, Asako Sato, Satomi Chiken, Tadashi Okubo, Manabe Abe, Meiko Kawamura, Satohiro Nakao, Kanako Oda, Seiko Sakai, Yoshitaka Maeba, Yukihiro Jimbo, Minoru Tanaka, Yoshitaka Yamamoto, Toshiya Sato, Nobuyoshi, Fujisawa, Kenji Sakimura Atsushi Nambu
  • 学会等名: The 40th Annual Meeting of the Japan Neuroscicence Society
• [学会発表] Subthalamic neurons signal vigor of reward-seeking actions (2017)
  • 著者名/発表者名: Yoshihisa Tachibana, Atsushi Nambu
  • 学会等名: The 40th Annual Meeting of the Japan Neuroscicence Society
• [学会発表] Responses in the basal ganglia induced by cortico-striatal neurons (2017)
  • 著者名/発表者名: Hiromi Sano, Kenta Kobayashi, Shigeki Kato, Satomi Chiken, Kazuto Kobayashi, Atsushi Nambu
  • 学会等名: The 40th Annual Meeting of the Japan Neuroscicence Society
• [学会発表] Motor commands transferred from the deep cerebellar nuclei to the motor cortex (2017)
  • 著者名/発表者名: Nobuya Sano, Yoshihisa Nakayama, Eiji Hoshi, Satomi Chiken, Atsushi Nambu, Yukio Nishimura
  • 学会等名: The 40th Annual Meeting of the Japan Neuroscicence Society
• [学会発表] How do the basal ganglia and cerebellum control thalamocortical activity? (2017)
  • 著者名/発表者名: Satomi Chiken, Atsushi Nambu
  • 学会等名: International Workshop on Basal Ganglia Functions 2017
  • 招待講演
• [学会発表] 大脳皮質－大脳基底核ループとパーキンソン病 (2017)
  • 著者名/発表者名: 知見聡美、南部篤
  • 学会等名: 生理研研究会「脳の階層的理解を目指して」
  • 招待講演
• [学会発表] Basal ganglia and cerebellar control of tharamocortical activity (2017)
  • 著者名/発表者名: Satomi Chiken, Atsushi Nambu
  • 学会等名: 7th NIPS-CIN Joint Symosium
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Functional analysis of Rho/Rho-kinase signaling pathway in corticostriatal neuron survival using a new gene delivery system (2017)
  • 著者名/発表者名: Kenta Kobayash, Hiromi Sano, Shigeki Kato, Keisuke Kuroda, Shinichi Nakamuta, Tadashi Isa, Atsushi Nambu, Kozo Kaibuchi, Kazuto Kobayashi
  • 学会等名: The 40th Annual Meeting of the Japan Neuroscicence Society
• [学会発表] マウス神経麻痺性角膜症モデルに対する三叉神経節でのTRPV４強制発現による治療効果 (2017)
  • 著者名/発表者名: 岡田由香、富永真琴、佐野裕美、小林憲太、南部篤、雑賀司珠也
  • 学会等名: 第47回日本創傷治癒学会
• [学会発表] Concurrent activation of striatal medium spiny neurons induces involuntary movements similar to L-DOPA induced dyskinesia (2017)
  • 著者名/発表者名: Hiromi Sano, Kenji F Tanaka, Atsushi Nambu
  • 学会等名: International Symposium on Adaptive Circuit Shift 2017, Behavioral adaptation and functional recovery from pathological states
  • 国際学会
• [学会発表] マーモセット前頭皮質の神経生理学的マッピング (2017)
  • 著者名/発表者名: 纐纈 大輔、南部 篤
  • 学会等名: 生理学研究所研究会＠東北
• [学会発表] Correlated activity in globus pallidus neurons of a macaque monkey during hand reaching movements (2017)
  • 著者名/発表者名: Woranan Wongmassang, Satomi Chiken, Taku Hasegawa, Atsushi Nambu
  • 学会等名: Society for Neuroscience 2017
  • 国際学会
• [学会発表] Correlated activity in globus pallidus neurons of a macaque monkey during hand reaching movements (2017)
  • 著者名/発表者名: Woranan Wongmassang, Satomi Chiken, Taku Hasegawa, Atsushi Nambu
  • 学会等名: 生理学研究所研究会「脳の階層的理解を目指して」
• [学会発表] Cortical control of monkey subthalamic nucleus (2017)
  • 著者名/発表者名: Zlata Polyakova, Nobuhiko Hatanaka, Satomi Chiken, Atsushi Nambu
  • 学会等名: Tohoku-NIPS symposium
• [学会発表] Cortical control of monkey subthalamic nucleus (2017)
  • 著者名/発表者名: Zlata Polyakova, Nobuhiko Hatanaka, Satomi Chiken, Atsushi Nambu
  • 学会等名: 7th NIPS-CIN (Tuebingen University) symposium
• [学会発表] Cortico-basal ganglia loop and movement disorders (2017)
  • 著者名/発表者名: Atsushi Nambu
  • 学会等名: McGill-NISP symposium
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 大脳基底核と小脳の生理と病態：基礎医学の視点から (2017)
  • 著者名/発表者名: 南部 篤
  • 学会等名: 第１１回パーキンソン病・運動障害疾患コングレス
  • 招待講演
• [学会発表] Cortico-basal ganglia loop and pathophysiology of movement disorders (2017)
  • 著者名/発表者名: Atsushi Nambu
  • 学会等名: 15th Chinese Biophysics Congress
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 大脳皮質ー大脳基底核ループとパーキンソン病 (2017)
  • 著者名/発表者名: 南部 篤
  • 学会等名: 第２回Osaka Neurology Colloquim
  • 招待講演
• [学会発表] 大脳皮質ー大脳基底核ループと運動異常症の病態生理 (2017)
  • 著者名/発表者名: 南部 篤
  • 学会等名: 徳島大学研究クラスター 重点クラスター・選定（脳科学）クラスター合同セミナー
  • 招待講演
• [学会発表] Increased variability in globus pallidus interna in Parkinson's disease. (2017)
  • 著者名/発表者名: Chiken S, Kumar A, Nambu A, Spreize S
  • 学会等名: The Nordic Neuroscience 2017
  • 国際学会
• [学会発表] Action-specific reinforcement and update by direct- and indirect- pathway striatal projection neurons (2017)
  • 著者名/発表者名: S. Nonomura, K. Nishizawa, K. Kobayashi, Y. Sakai, Y. Kawaguchi, A. Nambu, K. Yamanaka, K. Enomoto, Y. Isomura, M. Kimura
  • 学会等名: Society for Neuroscience 2017
  • 国際学会
• [学会発表] 大脳皮質ー大脳基底核ループとパーキンソン病 (2017)
  • 著者名/発表者名: 南部 篤
  • 学会等名: 宮城パーキンソン病フォーラム
  • 招待講演
• [備考] 大脳皮質から大脳基底核へ情報が伝わる様子を、光を使って解明
  • URL: http://www.nips.ac.jp/release/2017/09/post_349.html
• [産業財産権] 脳における電気的活動取得装置及びその利用 (2015)
  • 発明者名: 南部篤、知見聡美、西村幸男、高良沙幸
  • 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: 特許第６３００２０８号