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私たちが左右の手を独立かつ協調的に動かす脳の神経回路の仕組みは、まだ完全には解明されていない。パーキンソン病などの神経疾患では、左右協調運動の制御に障害がみられる。そこで本研究では、ラットの左右半球の一次・二次運動野とその投射先の背外側線条体の領域間経路に注目し、それらの領域の投射細胞がどのように左右前肢運動の制御に関与するのかを解明することを目指してきた。
これまでに、頭部を固定したラットが左右の前肢を使ってペダルを操作する行動課題（Soma 2017; 2019）を導入した。神経毒6-OHDAにより背内側線条体のドーパミン線維を変性させた片側パーキンソン病変ラットに対して、左右ペダル操作の運動機能が代償回復した段階で、両側の大脳皮質-基底核回路の機能的活動を調べた。一次・二次運動野の神経細胞は障害側で左右前肢の対側支配性が低下し、相対的に同側支配が強まったことなどを見出した（Rios 2019）。このような運動発現に関与する神経活動を評価するために、複数の外界事象（感覚入力、運動出力、行動結果など）と神経活動の時間経過や増減変化との関連性を客観的に定量化する解析手法「Phase-Scaling analysis」を新規に開発した（Kawabata 2020）。最終年度は、上記の頭部固定下のラットを使った行動・生理実験系を活かして、記録細胞の投射先を同定するマルチリンク法の自動化（Mitani投稿中）や光活性化分子ツールの最適化（Hamada 2021）も実現した。さらに前肢を使った報酬依存性の選択課題を遂行するラットの黒質緻密部と背側線条体の投射細胞と介在細胞が過去の報酬経験によりさまざまに修飾を受けることを見出した（Rios投稿準備中）。このように新技術の開発とともに前肢の運動制御に関与する運動野と線条体の活動様式を順次解明した。
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