大脳から小脳への二重伝達経路の機能的意義

2020 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 18K06529
• 研究機関: 東京慈恵会医科大学
• 研究代表者: 石川 太郎 東京慈恵会医科大学, 医学部, 准教授 (50547916)
• 研究分担者: 志牟田 美佐 東京慈恵会医科大学, 医学部, 助教 (70609172)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2022-03-31
• キーワード: 小脳 / 大脳小脳連関 / 光遺伝学 / オプトジェネティクス / 体性感覚 / 運動学習

研究実績の概要

本研究は、皮質橋小脳路（小脳顆粒細胞層への入力路）と皮質下オリーブ核小脳路（小脳プルキンエ細胞への入力路）という2つの重複する伝達経路を介した大脳小脳連関の機能的意義を明らかにすることを目的としている。前年度までに、これら2つの伝達経路が、体性感覚(触覚)の信号と自発的な大脳活動信号の両方において、大脳皮質から小脳へ伝達に重要な役割を果たしていることを明らかにし、さらに、約半数の顆粒細胞では三叉神経核から直接入力する信号と大脳皮質を経由する信号が統合されていることを明らかにし、これらのデータをまとめた論文をプレプリント公開した。2020年度においては、この論文の査読の過程で、データサンプル数が不十分であった一部の実験についてデータを追加した。この追加実験により、触覚信号の小脳顆粒細胞層への入力において、三叉神経核から直接入力する信号と大脳皮質を経由する信号の割合が、Aldolase-cの発現で可視化される小脳の縦縞コンパートメントごとに異なり、小脳半球のより外側において大脳皮質を経由する信号の割合がより大きくなっていることが示された。この論文は査読誌に掲載された（Shimuta et al. 2020）。その後、覚醒状態ではケタミン麻酔下に比べて皮質橋小脳路の伝達が減弱していることについてさらに検証している。２つの大脳小脳連関経路が、覚醒、睡眠、麻酔下などの脳状態の違いにより、どのように異なる動態を示すかを知ることは、これらの経路の生理学的および病理学的意義を理解するために重要であると考えられる。

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

前年度に得たデータに追試を加え、査読誌に掲載された。さらに、覚醒状態と麻酔下のマウスにおける大脳小脳連関の強度の差異について検証が進行している。

今後の研究の推進方策

今後の課題として、麻酔下と覚醒状態だけでなく、自然睡眠の状態で大脳小脳連関がどのような影響を受けるかという問題に取り組む必要があり、これを実現するために頭部固定を行っていない自由行動中のマウスから大脳と小脳の活動を同時記録する実験を行う。

次年度使用額が生じた理由

研究の進展により、覚醒状態よりも麻酔下の動物の方が大脳小脳連関の伝達強度が強いという、当初の想定と異なる結果が得られた。このため、覚醒状態の動物だけを用いて進める予定であった当初計画を変更し、覚醒状態と自然睡眠状態の比較を行う研究を優先して行うこととした。このため、次年度にもデータ取得と解析を継続して行う必要があり、未使用額はそのための消耗品購入経費に充てたい。

研究成果

• [雑誌論文] Multiple signals evoked by unisensory stimulation converge onto cerebellar granule and Purkinje cells in mice (2020)
  • 著者名/発表者名: Misa Shimuta, Izumi Sugihara, Taro Ishikawa
  • 雑誌名: Communications biology 巻: 3(1) ページ: 381
  • DOI: 10.1038/s42003-020-1110-2
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] De novo CACNA1G variants in developmental delay and early-onset epileptic encephalopathies (2020)
  • 著者名/発表者名: Misako Kunii, Hiroshi Doi, Shunta Hashiguchi, Toyojiro Matsuishi, Yasunari Sakai, Mizue Iai, Masaki Okubo, Haruko Nakamura, Keita Takahashi, Atsuko Katsumoto, Mikiko Tada, Hideyuki Takeuchi, Taro Ishikawa, Noriko Miyake, Hirotomo Saitsu, Naomichi Matsumoto, Fumiaki Tanaka
  • 雑誌名: Journal of the Neurological Sciences 巻: 416 ページ: 117047
  • DOI: 10.1016/j.jns.2020.117047
  • 査読あり
• [学会発表] Multiple cortico-cerebellar pathways in sensory signaling (2020)
  • 著者名/発表者名: Taro Ishikawa
  • 学会等名: 第43回日本神経科学大会
  • 招待講演
• [備考] プレスリリース:大脳からの信号と末梢神経からの信号が小脳の神経回路において統合される
  • URL: http://www.jikei.ac.jp/news/press_release_20200716.html