| 研究課題/領域番号 |
20K19480
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| 研究機関 | 群馬大学 |
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研究代表者 |
鈴木 真美子 群馬大学, 大学院医学系研究科, 研究員 (60449030)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| キーワード | 運動 / 脳 / 強化学習 / 神経活動 / 可視化 / 意欲 / マウス |
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| 研究実績の概要 |
本研究では、運動による課題遂行能力向上のメカニズムを解明するために、運動が内的状態に関与する脳領域（縫線核、黒質、線条体、扁桃体）の活動を変化させ、意欲や粘り強さ、動機づけといった内的状態を変化するのか明らかにする。そのため、運動で縫線核、黒質、線条体、扁桃体の神経細胞が活動するのか、さらには運動時に活動する神経細胞は課題遂行中にも活動するのかについて、アデノ随伴ウイルスベクターを静脈注射し、神経活動依存的に蛍光タンパク質であるGFPもしくはｍCherryを発現するように遺伝子操作し、同一個体で異なる２つの刺激で活動した神経細胞を別々に標識する技術により検証する。
当該年度では、運動させていないマウスにノーズポークし続けると報酬が獲得できるという課題を学習（強化学習）させる行動実験系を確立した。２-３秒間のノーズポークによる報酬獲得は容易にできるようになったが、５秒間のノーズポークができるようになるまでには数日を要した。このことから５秒以上のノーズポークができるようになったことを学習成立と評価することとし、またノーズポークし続けた時間を計測することで、意欲や粘り強さといった内的状態を定量することが可能となった。さらに、神経活動依存的にGFPを発現する遺伝子操作技術により、自発的な運動で活動した神経細胞を標識したが、縫線核、黒質、線条体、扁桃体および運動野においてGFP陽性細胞の増加は認められなかった。自発的運動と強制運動では学習に異なる効果が報告されていることから、当該年度ではトレッドミルによる強制運動を行うことができるようにした。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
当該年度では、マウスに強化学習をさせること、および強制運動させることが可能になった。また、神経活動依存的に蛍光タンパク質を発現する遺伝子を組み込んだアデノ随伴ウイルスベクターを用いて、同一個体で２つの刺激に対して活動した神経細胞をGFPとmCherryで別々に標識する方法も確立した。しかしながら、当該年度中に強制運動により、課題遂行能力の向上があるのか、縫線核のセロトニン神経細胞や黒質のドーパミン神経細胞は活動するのか、強制運動で活動する神経細胞と課題遂行中に活動する神経細胞は同一かどうか確認する予定であったが、マウスの強化学習の行動実験系を確立するまでに予想よりも時間がかかり、進捗状況としては予定よりもやや遅れていると判断した。
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| 今後の研究の推進方策 |
次年度は、強制運動の影響を、ノーズポークし続ける時間および内的状態に関与する脳領域（縫線核、黒質、線条体、扁桃体）における神経細胞の活動の変化について調べる。強制運動の影響があった場合には、強制運動により活動する神経細胞と課題遂行時に活動する神経細胞が同一の神経細胞であるか検証する。これにより、運動が課題遂行能力の向上を引き起こすメカニズムの解明を目指す。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
強化学習のための行動実験系の確立に時間がかかってしまい、強制運動および強化学習で活動した神経細胞を調べるための実験試薬やデータ解析のためのソフトウェアが未購入であるため、次年度使用額が生じた。引き続き実験を行うために、これらの物品を次年度購入させていただく予定である。
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