• 研究課題をさがす
  • 研究者をさがす
  • KAKENの使い方
  1. 課題ページに戻る

2015 年度 実績報告書

脳・脊髄損傷後の機能回復過程における神経回路の動的変容

計画研究

研究領域行動適応を担う脳神経回路の機能シフト機構
研究課題/領域番号 26112008
研究機関生理学研究所

研究代表者

伊佐 正  生理学研究所, 発達生理学研究系, 教授(兼任) (20212805)

研究期間 (年度) 2014-07-10 – 2019-03-31
キーワード大規模脳回路 / 脊髄損傷 / 機能回復 / 交連性回路 / 次元圧縮法 / 運動野 / 運動前野 / サル
研究実績の概要

2頭のサルの両側の運動前野、一次運動野、一次体性感覚野にそれぞれ15チャンネルの皮質脳波電極を慢性的に留置し、到達―把持運動時の活動を、頚髄レベルでの皮質脊髄路の損傷前、損傷後の訓練による回復過程においてそれぞれ損傷後約300日及び160日間にわたって持続的に観察した。そして得られた30チャネル、毎日30試行の到達―把持運動の各周波数帯域の活動というbig dataについて、次元圧縮の手法を用いて解析したところ、大別して2種類の回路によって全体の活動様式が説明できることがわかった。その回路とは
1.使用肢反対側(脊髄損傷の反対側)の運動前野から一次運動野に向かうGranger因果を示す回路で、運動の遂行中に80-120Hzのγ帯域を中心とする活動を有するもの
2.使用肢反対側の運動前野及び一次運動野から使用肢同側の運動前野及び一次運動野へ向かうGranger因果を示す回路で、運動の開始直前から運動時にかけて20-30Hzのβ帯域を中心とする活動を有するもの、であった。そしてこれらの回路成分のうち前者は脊髄損傷直後に一時的に増強されるが回復の過程で減衰する。そして回復の安定期に再びやや増加する。それに対して、後者は回復の進行とともに増強され、回復の安定期に入ると次第に減衰してくることが明らかになった。これらの結果は同様な損傷後の機能回復過程の脳活動を陽電子断層撮影装置(PET)を用いて解析した結果(Nishimura et al. 2007)をよく説明している。すなわち、このときの脳活動は回復初期に両側の運動野の活動が増加するが、その後、減衰し、両側の運動前野及び損傷反対側の活動の増加というパターンに収束するというものだった。今回の結果は、このような過程における損傷同側の運動野の活動増加が損傷反対側からもたらされていること、及び回復安定期に両側の運動前野の活動が増加することもまた、交連性の経路によってもたらされている可能性が強く示唆された。

現在までの達成度 (区分)
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

平成27年度に全脳ECoGの手術を試みたが、術後の脳浮腫のため、実験を中止せざるを得なくなった。全脳ECoG技術の開発にはもうしばらく時間を要すると判断し、技術開発を薦めながら、一方で部分的な脳部位に留置した電極から得られる大規模データに対して先端的解析法の開発に目標を移し、大変興味深い結果を得ることができた。

今後の研究の推進方策

今後再度チャネル数を増加させ、脳のより広い範囲からのECoG記録を可能にし、今回開発された次元圧縮法による重要回路の抽出とその動的変化の解析に邁進すれば、大変挑戦的だった当初目標が達成できると考えている。一方、今回の結果から反対側運動野から同側に向かう信号を形成する回路が回復過程とよく相関することから、今後、この経路を物理的切断ないしはウィルスベクターによる方法で選択的に遮断することで回復した運動が阻害されれば、このような大規模回路の動態変容と機能回復の因果関係を立証することが出来る。

備考

上記の内容「リハビリテーションは脳の配線を変え、機能の回復を導く」は、Ishida et al. (J Neurosci 2016)に関するもので、主要全国紙を含め全国47紙と1テレビ局にて報道されました。

  • 研究成果

    (38件)

すべて 2016 2015 その他

すべて 国際共同研究 (3件) 雑誌論文 (7件) (うち査読あり 7件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (27件) (うち国際学会 7件、 招待講演 6件) 備考 (1件)

  • [国際共同研究] リューベンカソリック大学(ベルギー)

    • 国名
      ベルギー
    • 外国機関名
      リューベンカソリック大学
  • [国際共同研究] ニューカッスル大学(英国)

    • 国名
      英国
    • 外国機関名
      ニューカッスル大学
  • [国際共同研究] ハーバード大学(米国)

    • 国名
      米国
    • 外国機関名
      ハーバード大学
  • [雑誌論文] Causal link between the cortico-rubral pathway and functional recovery through forced impaired limb use in rats with stroke.2016

    • 著者名/発表者名
      Ishida A, Isa K, Umeda T, Kobayashi K, Kobayashi K, Hida H, Isa T
    • 雑誌名

      Journal of Neuroscience

      巻: 36 ページ: 455-467

    • DOI

      doi: 10.1523/JNEUROSCI.2399-15.2016.

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Signal detection analysis of blindsight in monkeys.2015

    • 著者名/発表者名
      Yoshida M, Isa T
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 5 ページ: 1-5

    • DOI

      doi:10.1038/srep10755

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Temporal Plasticity Involved in Recovery from Manual Dexterity Deficit after Motor Cortex Lesion in Macaque Monkeys.2015

    • 著者名/発表者名
      Yumi Murata, Noriyuki Higo, Takuya Hayashi, Yukio Nishimura, Yoko Sugiyama, Takao Oishi, Hideo Tsukada, Tadashi Isa and Hirotaka Onoe
    • 雑誌名

      The Journal of Neuroscience

      巻: 35(1) ページ: 84-95

    • DOI

      doi: 10.1523/JNEUROSCI.1737-14

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Increased & expressionof the growth-associated protein-43 gene after primary motor cortex lesion in macaque monkeys.2015

    • 著者名/発表者名
      Murata Y, Higo N, Oishi T, Isa T
    • 雑誌名

      Neurosci Res.

      巻: 98 ページ: 64-69

    • DOI

      doi: 10.1016/j.neures.2015.04.007.

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Function of nucleus accumbens in motor control during recovery after spinal cord injury2015

    • 著者名/発表者名
      Sawada M, Kato K, Kunieda T, Mikuni N, Miyamoto S, Onoe H, Isa T, Nishimura Y
    • 雑誌名

      Science

      巻: 350 ページ: 98-101

    • DOI

      doi: 10.1126/science.aab3825

    • 査読あり
  • [雑誌論文] In vivo two-photon imaging of dendritic spines in marmoset neocortex2015

    • 著者名/発表者名
      Sadakane O, Watakabe A, Ohtsuka M, Takaji M, Sasaki T, Kasai M, Isa T, Kato G, Nabekura J, Mizukami H, Ozawa K, Kawasaki H, Yamamori T
    • 雑誌名

      eNeuro

      巻: 2(4) ページ: -

    • DOI

      doi: 10.1523/ENEURO.0019-15.2015.

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Histological and electrophysiological analysis of the corticospinal pathway to forelimb motoneurons in common marmosets.2015

    • 著者名/発表者名
      Kondo T, Yoshihara Y, Saito-Yoshino K, Sekiguchi T, Kosugi A, Miyazaki Y, Nishimura Y, Okano HJ, Nakamura M. Okano H, Isa T, Ushiba J
    • 雑誌名

      Neurosci Res

      巻: 98 ページ: 35-44

    • DOI

      doi: 10.1016/j.neures.2015.05.001

    • 査読あり
  • [学会発表] 上丘浅層における側方抑制の空間ダイナミクス2016

    • 著者名/発表者名
      笠井昌俊、伊佐正
    • 学会等名
      第93回日本生理学会大会
    • 発表場所
      札幌コンベンションセンター(北海道札幌市)
    • 年月日
      2016-03-23 – 2016-03-23
  • [学会発表] 脊髄損傷からの回復過程における脳の関与2016

    • 著者名/発表者名
      伊佐正
    • 学会等名
      第93回日本生理学会大会
    • 発表場所
      札幌コンベンションセンター(北海道札幌市)
    • 年月日
      2016-03-23 – 2016-03-23
    • 招待講演
  • [学会発表] Global network plasticity for recovery after spninal cord injury2016

    • 著者名/発表者名
      Tadashi Isa
    • 学会等名
      6th Annual Neuroscience Seminar
    • 発表場所
      University Putra Malaysia (Kuala Lumpur, Malaysia)
    • 年月日
      2016-03-22 – 2016-03-22
    • 招待講演
  • [学会発表] 皮質盲視野に提示された条件刺激に対するドーパミンニューロン応答を駆動する視覚神経経路に関する研究2016

    • 著者名/発表者名
      高桑徳宏、加藤利佳子、レドグレイブ ピーター、伊佐正
    • 学会等名
      第93回日本生理学会大会
    • 発表場所
      札幌コンベンションセンター(北海道札幌市)
    • 年月日
      2016-03-22 – 2016-03-22
  • [学会発表] Neuroscience Advocacy in Japan2016

    • 著者名/発表者名
      Tadashi Isa
    • 学会等名
      IBRO Global Neuroscience Advocacy Workshop
    • 発表場所
      University Putra Malaysia (Kuala Lumpur, Malaysia)
    • 年月日
      2016-03-21 – 2016-03-21
    • 招待講演
  • [学会発表] 脊髄損傷後の機能回復過程における大規模回路の再編2016

    • 著者名/発表者名
      伊佐正
    • 学会等名
      揺らぎ、脳階層、ヒトとモデル動物 合同終了シンポジウム
    • 発表場所
      生理学研究所(愛知県岡崎市)
    • 年月日
      2016-03-10 – 2016-03-10
  • [学会発表] 中脳ドーパミンニューロンの報酬予測誤差表現に関わる視覚情報入力神経経路2016

    • 著者名/発表者名
      高桑徳宏、加藤利佳子、レドグレイブ ピーター、伊佐正
    • 学会等名
      揺らぎ、脳階層、ヒトとモデル動物 合同終了シンポジウム
    • 発表場所
      生理学研究所(愛知県岡崎市)
    • 年月日
      2016-03-10 – 2016-03-10
  • [学会発表] 霊長類の脳科学ー特に脊髄損傷からの機能回復機構について2016

    • 著者名/発表者名
      伊佐正
    • 学会等名
      関西実験動物研究会
    • 発表場所
      京都大学(京都府京都市)
    • 年月日
      2016-03-04 – 2016-03-04
  • [学会発表] Dissecting the circuit in the monkey brain2016

    • 著者名/発表者名
      伊佐正
    • 学会等名
      新学術領域「適応回路シフト」国際シンポジウム
    • 発表場所
      同志社大学(京都府京都市)
    • 年月日
      2016-03-04 – 2016-03-04
    • 国際学会
  • [学会発表] Contribution of propriospinal neurons to recovery of hand dexterity after the corticospinal tract lesion in mokeys2016

    • 著者名/発表者名
      Takamichi Tohyama, Masaharu Kinoshita, Ryosuke Matsui, Shigeki Kato, Kenta Kobayashi, Kaoru Isa, Dai Watanabe, Kazuto Kobayashi, Meigen Liu and Tadashi Isa
    • 学会等名
      第8回NAGOYAグローバルリトリート
    • 発表場所
      あいち健康プラザ(愛知県大府市)
    • 年月日
      2016-02-12 – 2016-02-12
  • [学会発表] 運動野から脊髄運動ニューロンへの直接経路と間接経路が手の巧緻運動制御において果たす 役割について2015

    • 著者名/発表者名
      伊佐正
    • 学会等名
      第45回日本臨床神経生理学会学術大会
    • 発表場所
      大阪国際会議場(大阪府大阪市)
    • 年月日
      2015-11-07 – 2015-11-07
    • 招待講演
  • [学会発表] Spatial population dynamics of lateral interaction in supreficial superior colliculus2015

    • 著者名/発表者名
      Masatoshi KASAI, Tadashi Isa
    • 学会等名
      5th NIPS-CIN Joint Symposium
    • 発表場所
      生理学研究所(愛知県岡崎市)
    • 年月日
      2015-11-05 – 2015-11-05
    • 国際学会
  • [学会発表] Visual pathways for dopamine response to reward predictors in blindsight monkeys2015

    • 著者名/発表者名
      Norihiro Takakuwa, Rikako Kato, Peter Redgrave, Tadashi Isa
    • 学会等名
      5th NIPS-CIN Joint Symposium
    • 発表場所
      生理学研究所(愛知県岡崎市)
    • 年月日
      2015-11-05 – 2015-11-05
    • 国際学会
  • [学会発表] Deep brain stimulation of the mesolimbic system induces cortical responses in limbic and sensorimotor areas in monkeys.2015

    • 著者名/発表者名
      M.Suzuki, T.Isa, Y.Nishimura
    • 学会等名
      SfN2015
    • 発表場所
      Chicago, USA
    • 年月日
      2015-10-19 – 2015-10-19
    • 国際学会
  • [学会発表] Pathway-selective optogenetic activation of output neurons in mouse superior colliculus2015

    • 著者名/発表者名
      K.Isa, T.Sooksawate, K.Kobayashi, K.Kobayashi, T.Isa
    • 学会等名
      SfN2015
    • 発表場所
      Chicago, USA
    • 年月日
      2015-10-18 – 2015-10-18
    • 国際学会
  • [学会発表] Selective optogenetic control of tectal output pathways:Induction of orienting vs fear responses2015

    • 著者名/発表者名
      K.Isa,T.Sooksawate,K.Kobayashi, T.Isa
    • 学会等名
      Cell Symposia:Engineering the Brain-Technologies for Neurobiological Applications
    • 発表場所
      Chicago, USA
    • 年月日
      2015-10-15 – 2015-10-15
    • 国際学会
  • [学会発表] Dissecting the circuit for blindsight in macaque monkeys2015

    • 著者名/発表者名
      T.Isa,  M.Kinoshita, R.Kato, K.Kobayashi, K.Isa, H.Onoe
    • 学会等名
      Cell Symposia:Engineering the Brain-Technologies for Neurobiological Applications
    • 発表場所
      Chicago, USA
    • 年月日
      2015-10-15 – 2015-10-15
    • 国際学会
  • [学会発表] マウス上丘浅層における側方抑制の空間的パタンの解析2015

    • 著者名/発表者名
      笠井昌俊,伊佐正
    • 学会等名
      第5回 名古屋大学・生理学研究所合同シンポジウム
    • 発表場所
      生理学研究所(愛知県岡崎市)
    • 年月日
      2015-09-19 – 2015-09-19
  • [学会発表] マウス上丘浅層における側方抑制の細胞集団の活動に基づいた空間的解析2015

    • 著者名/発表者名
      笠井昌俊,伊佐正
    • 学会等名
      視覚科学フォーラム 第19回研究会
    • 発表場所
      ホテル福島グリーンパレス(福島県福島市)
    • 年月日
      2015-08-19 – 2015-08-19
  • [学会発表] マウス上丘出力細胞の経路選択的な光遺伝学的な活性化により誘発される行動の解析2015

    • 著者名/発表者名
      伊佐かおる、Sooksawate Thongchai, 小林憲太、伊佐正
    • 学会等名
      第38回日本神経科学大会
    • 発表場所
      神戸国際会議場(兵庫県神戸市)
    • 年月日
      2015-07-30 – 2015-07-30
  • [学会発表] 随意運動時における皮質活動と体性感覚情報を用いた筋活動推定2015

    • 著者名/発表者名
      西原陽子、梅田達也、伊佐正、西村幸男
    • 学会等名
      第38回日本神経科学大会
    • 発表場所
      神戸国際会議場(兵庫県神戸市)
    • 年月日
      2015-07-30 – 2015-07-30
  • [学会発表] 皮質盲視野に提示された条件刺激に対する中脳ドーパミンニューロンの報酬予測の関わる活動2015

    • 著者名/発表者名
      高桑徳宏、加藤利佳子、Redgrave Peter, 伊佐正
    • 学会等名
      第38回日本神経科学大会
    • 発表場所
      神戸国際会議場(兵庫県神戸市)
    • 年月日
      2015-07-29 – 2015-07-29
  • [学会発表] 「盲視」サルにおける視覚ー運動変換の皮質神経機構2015

    • 著者名/発表者名
      加藤利佳子、池田琢朗、林拓也、尾上嘉代、河原正幸、高浦加奈、吉田正俊、塚田秀夫、尾上浩隆、伊佐正
    • 学会等名
      第38回日本神経科学大会
    • 発表場所
      神戸国際会議場(兵庫県神戸市)
    • 年月日
      2015-07-28 – 2015-07-28
  • [学会発表] 上丘浅層細胞集団活動イメージングによる側方抑制メカニズムの解明2015

    • 著者名/発表者名
      笠井昌俊、伊佐正
    • 学会等名
      第38回日本神経科学大会
    • 発表場所
      神戸国際会議場(兵庫県神戸市)
    • 年月日
      2015-07-28 – 2015-07-28
  • [学会発表] サル中脳辺緑系と前頭葉皮質との機能的神経結合2015

    • 著者名/発表者名
      鈴木迪諒、澤田真寛、伊佐正、西村幸男
    • 学会等名
      第38回日本神経科学大会
    • 発表場所
      神戸国際会議場(兵庫県神戸市)
    • 年月日
      2015-07-28 – 2015-07-28
  • [学会発表] 脊髄損傷後回復過程での大規模神経回路再編機構2015

    • 著者名/発表者名
      伊佐正
    • 学会等名
      第50回日本理学療法学術大会
    • 発表場所
      東京国際フォーラム(東京都千代田区)
    • 年月日
      2015-06-06 – 2015-06-06
    • 招待講演
  • [学会発表] 障害脳が示す新しい機能について2015

    • 著者名/発表者名
      伊佐正
    • 学会等名
      第9回進行期パーキンソン病研究会
    • 発表場所
      名古屋マリオットアソシアホテル(愛知県名古屋市)
    • 年月日
      2015-05-29 – 2015-05-29
    • 招待講演
  • [備考] リハビリテーションは脳の配線を変え、機能の回復を導く

    • URL

      http://www.nips.ac.jp/release/2016/01/post_311.html

URL: 

公開日: 2017-01-06  

サービス概要 検索マニュアル よくある質問 お知らせ 利用規程 科研費による研究の帰属

Powered by NII kakenhi