運動学習に伴うラット脳マクロ構造変化の生物学的基盤の解明

2017 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 15K21652
• 研究機関: 国立研究開発法人理化学研究所
• 研究代表者: 堀 祐樹 国立研究開発法人理化学研究所, ライフサイエンス技術基盤研究センター, 特別研究員 (60635887)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2019-03-31
• キーワード: 学習 / ラット / PET / MRI

研究実績の概要

様々な知識を新しく学習、獲得することは基本的な脳の役割であり、そのために脳には神経可塑性が備わっている。そして技能や知識の獲得により小動物の脳においてシナプス形成や軸索発芽等細胞レベルで変化がが生じることが組織学的研究により明らかになっている。一方、MRI、PET等のイメージング技術の進歩によりヒトの脳において学習に随伴し灰白質の容積が増加する等のマクロレベルでの変化も報告されている。本研究では、このマクロレベルな変化とミクロな変化の連関について調査することを目的とした。
40匹のラットを対象とし、20匹のラットは学習群とし3日間の巧緻レバー引き運動を学習させた。残り20匹は学習をさせずコントロール群とした。両群においてMRI、PETの撮像を行い（PETに関しては両群、10匹）学習による変化部位を特定した。
学習成績（音刺激に対するレバー引き運動率）は、53±39%（学習1日目）から98±5.6%（学習3日目）と増加した。
MRIによるマクロレベルの変化として小脳における灰白質体積の増加が見られた。PETによる変化として、小脳、側坐核、一次運動野、視床、前辺縁皮質のグルコース代謝量の変化が見られた。これら領域においてなんらかの細胞レベルの変化が起きていると予想された。また学習群ラットの側坐核に、可逆性神経阻害剤であるムシモールを投与したところ、巧緻運動を行わなくなったことから、巧緻運動において側坐核からの信号が運動を行うきっかけとなることが示唆された。

現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

MRIの撤去ならびに研究代表者の異動により実験、解析の遂行に遅れが出ている。

今後の研究の推進方策

MRIの撤去により、MRIの解析に関してはすでに取得されているデータでの解析を行い、その補助的なデータとしてPET画像による解析を進める。細胞レベルの変化に関しては、研究代表者の異動により遂行することが困難なため、イメージングの結果に関しての論文化を行う。

次年度使用額が生じた理由

MRIの撤去および研究者の異動に伴い研究の遂行に遅れが生じているため。翌年度分の助成金は、更なる解析の遂行に必要なソフトウェア、研究結果の発表、および論文化に必要な資金として使用する。