| 研究課題/領域番号 |
19H03540
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| 研究機関 | 関西医科大学 |
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研究代表者 |
中村 加枝 関西医科大学, 医学部, 教授 (40454607)
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| 研究分担者 |
永安 一樹 京都大学, 薬学研究科, 助教 (00717902)
山中 航 順天堂大学, スポーツ健康科学部, 助教 (40551479)
上田 康雅 関西医科大学, 医学部, 講師 (60332954)
安田 正治 関西医科大学, 医学部, 講師 (90744110)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2024-03-31
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| キーワード | ストレス / 大脳基底核 / 拡張扁桃体 / 自律神経反応 / サル / 眼球運動 / 光遺伝学 / セロトニン |
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| 研究実績の概要 |
本研究は、ストレスが認知・行動を変化させるメカニズムやその修飾過程を明らかにすることが目的である。大脳皮質―基底核回路は抑制・脱抑制機構による意思決定機構である。情動処理機構である扁桃体から、拡張扁桃体を介して、この大脳基底核特に黒質網様部・緻密部への投射が存在する。また、拡張扁桃体や黒質網様部にはセロトニンの強い投射もある。そこで本申請は、扁桃体→大脳基底核回路とそのセロトニンによる修飾が 負の情動が認知や行動を変容させ、環境適応としての行動制御を実現するメカニズムであるという仮説を検証する。まず、異なる情動下で認知課題を行うサルの、拡張扁桃体（扁桃体出力部）と大脳基底核線条体（大脳基底核入力部）・黒質網様部（大脳基底核出力部）、そしてセロトニン細胞が存在する背側縫線核の神経活動と行動・自律神経反応の変容との関連を明らかにする。さらに、黒質網様部と拡張扁桃体のセロトニン投射の薬理・光操作とそれに伴う行動の変容を明らかにする。
初年度はまず、異なる情動下で認知課題を行うサルの動物モデルを作成し、行動・自律神経反応の変容の特徴を明らかにした。2種類の行動課題を試し、選択行動の変化、顔温度や瞳孔径といった自律神経反応の変化を明らかにできた。さらに、線条体（大脳基底核入力部）と背側縫線核の課題関連神経活動の記録をすすめた。同時に、セロトニン特異的な操作を行うため、行動課題遂行中の光操作法のプロトコールを作成した。
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| 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
意思決定行動が情動により変化する複数の種類のモデルをサルの実験系で作成した。まず、２つの選択肢から１つを選択し、そのうち１つは比較的マイルドな嫌悪刺激（エアパフ）をアウトカムに含んだ試行を繰り返すことにより、ストレス下で選択行動を行う状況を3頭の個体で確立できた。さらに、選択課題遂行中、試行間にエアパフと関連付けた視覚刺激を呈示し、条件付けー行動課題転移Pavlovian-instrumental transferの状況を2頭の個体で作成した。さらに、報酬が多い方向と少ない方向を強制的に選ぶ課題も訓練した。また、情動の客観的指標として自律神経反応を並行して測定するシステムを確立した。特に、嫌悪刺激を呈示する行動課題においては、顔面温度の上昇、瞳孔径の増大を確認した。
これらの動物モデルを使い、大脳基底核線条体（n=3）黒質網様部と背側縫線核（n=2）の課題関連活動を記録している。これまでに、どの領域についても嫌悪刺激に関連して発火が強い細胞と抑制される細胞があること、理想的な選択と不適切な選択時で発火レベルが異なることを明らかにできた。
さらに、セロトニン選択的に発現するAAVウイルスベクターを研究分担者の永安により開発した。これを、1頭のサルの背側縫線核に4か所注入し、光刺激の効果を確認している。また、刺激の強度による反応の強さや行動変化の程度、刺激位置による変化（背側縫線核と黒質網様部）も検討している。
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| 今後の研究の推進方策 |
線条体、背側縫線核の神経活動記録はほぼ完了したので、今後行動パラメータ（反応時間）や自律神経反応との関連を解析し、論文化する。一方、黒質網状体、拡張扁桃体（中心核・分界条床核）の神経細胞記録を進める。
光遺伝学的セロトニン操作については、光刺激により神経発火が変化することは確認した。次のステップとして、刺激部位：注入部の背側縫線核と、投射部の黒質網様部・拡張扁桃体（中心核・分界条床核）、刺激タイミング：選択枝呈示前と後、または報酬などのアウトカムの後、の組み合わせを変え、どの条件でセロトニンの投射がどのように行動を変化させるか、因果関係を探索的に調べる。
また、一頭の個体について光刺激実験のコントロールとして、AAVウイルスベクター注入を行っていない個体で光刺激を行い、細胞発火の変化、行動の変化を確認する。
光刺激に関しては、抑制性のウイルスベクターの開発も進めており、完成次第、別の個体で試みる。
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