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大脳基底核と小脳は、どちらも随意運動の発現と制御において重要な役割を果たし、その障害によって運動障害が生じることが知られている。また、どちらも大脳皮質から入力を受け情報処理のあと、視床を介して情報を戻すことにより、大脳皮質活動制御に寄与している。しかしながら、大脳基底核－視床投射と小脳－視床投射が運動情報を伝達する機構についてはよく分かっていない。本研究では、大脳基底核と小脳が運動を制御するメカニズムを解明するために、ニホンザルにおいて、大脳基底核出力部、あるいは小脳出力部のニューロンにハロロドプシンを発現させた。サルには簡単な上肢到達運動を遂行させ、視床にオプトロードを刺入し、大脳基底核および小脳から入力を受け、大脳皮質運動野に投射する視床ニューロンから神経活動の記録を行った。
大脳基底核から入力を受ける視床ニューロンも、小脳から入力を受ける視床ニューロンも、運動課題のイベントに関連した神経活動の変化を示した。大脳基底核から入力を受ける視床ニューロンから記録を行い、記録しているニューロン近傍に黄色光を照射して大脳基底核出力部からの入力を遮断した。大脳基底核から視床への入力は、GABA作動性の抑制性なので、入力を遮断することによって活動が増大すると予想されたが、課題に関連した神経活動の増大が減弱することがわかった。以前に行った薬剤局所投与実験の結果と、今回得られた結果から、大脳基底核は視床に、抑制とリバウンド興奮によって情報を伝達していることが示唆された。一方、小脳から入力を受ける視床ニューロンから記録を行い、記録しているニューロン近傍に黄色光を照射して小脳出力部からの入力を遮断すると、視床ニューロンの自発発火が著しく減少することから、小脳からの入力は、視床ニューロンの活動を維持するのに重要な役割を果たしていることが示唆された。
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