実行系機能の脳内メカニズム－最新技術で神経回路の構成と働きに心の動作原理を探る

2014 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 24223004
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 筒井 健一郎 東北大学, 生命科学研究科, 准教授 (90396466)
• 研究分担者: 大原 慎也 東北大学, 生命科学研究科, 助教 (10570038) ; 渡辺 正孝 公益財団法人東京都医学総合研究所, 認知症・高次脳機能研究分野, 特任研究員 (50092383) ; 櫻井 芳雄 同志社大学, 脳科学研究科, 教授 (60153962) ; 飯島 敏夫 東北大学, 生命科学研究科, 教授 (90333830)
• 研究期間 (年度): 2012-05-31 – 2017-03-31
• キーワード: 脳・神経 / 実験系心理学 / 生理学

研究実績の概要

ラットに、手掛かり刺激の位置を短時間記憶に保持し、その後に同じ方向に反応させる遅延順反応課題と、逆の方向に反応させる遅延逆反応課題を、８試行ごとに切り替えて行うよう、訓練した。この課題を遂行中に、前頭葉および頭頂葉の広い領域からマルチニューロン活動を記録した。記録を行った領域の中で、とくに内側前頭皮質の背側部（dmPFC）において、遅延期間に持続的な活動を示すニューロンが多く分布していることが明らかになった。これらのニューロンに、独自に開発した電気穿孔プラスミド注入法によって蛍光タンパク質の遺伝子を導入して標識し、組織学的解析を行った。その結果、遅延期間に持続的活動を示すニューロンのほとんどは、３層あるいは５層の錐体細胞であり、それらの多くが線条体に投射していることが明らかになった。これらの結果より、遅延期間中の持続的発火活動には、皮質－基底核ループ回路が重要な役割を果たしていることが示唆された。

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

当初計画した実験のうち、ニューロン活動記録および課題関連ニューロンの標識および組織学的解析については、当初の予想を上回る結果が得られている。一方で、上記の実験に注力したため、イオントフォレシスの実験についてはまだ十分なデータが得られていない。

今後の研究の推進方策

ニューロン活動記録および課題関連ニューロンの標識および組織学的解析について、データ分析および論文執筆の作業を進める。イオントフォレシスについては、データ収集を加速させる。

研究成果

• [雑誌論文] Neck collar for restraining head and body movements in rats for behavioral task performance and simultaneous neural activity recording. (2016)
  • 著者名/発表者名: Tateyama Y, Oyama K, Lo CW, Iijima T, Tsutsui KI
  • 雑誌名: Journal of Neruoscience Methods 巻: 263 ページ: 68-74
  • DOI: 10.1016/j.jneumeth.2016.02.005.
• [雑誌論文] Representation of Functional Category in the Monkey Prefrontal Cortex and Its Rule-Dependent Use for Behavioral Selection. (2016)
  • 著者名/発表者名: Tsutsui KI, Hosokawa T, Yamada M, Iijima T
  • 雑誌名: Journal of Neuroscience 巻: 36 ページ: 3038-3048
  • DOI: 10.1523/JNEUROSCI.2063-15.2016
  • 査読あり
• [雑誌論文] Discrete coding of stimulus value, reward expectation, and reward prediction error in the dorsal striatum. (2015)
  • 著者名/発表者名: Oyama K, Tateyama Y, Hernadi I, Tobler PN, Iijima T, Tsutsui KI
  • 雑誌名: Journal of Neurophysiology 巻: 114 ページ: 2600-2615
  • DOI: 10.1152/jn.00097.2015.
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Effects of G-gene Deletion and Replacement on Rabies Virus Vector Gene Expression. (2015)
  • 著者名/発表者名: Sato S, Ohara S, Tsutsui KI, Iijima T
  • 雑誌名: PLoS One 巻: 10 ページ: e0128020
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0128020.
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Dopaminergic and serotonergic modulation of anterior insular and orbitofrontal cortex function in risky decision making. (2015)
  • 著者名/発表者名: Ishii H, Ohara S, Tobler PN, Tsutsui KI, Iijima T.
  • 雑誌名: Neuroscience Research 巻: 92 ページ: 53-61
  • DOI: 10.1523/JNEUROSCI.2063-15.2016.
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] 反復経頭蓋磁気刺激（rTMS）によるサル内側前頭葉の情動・気分調節機能の検証 (2016)
  • 著者名/発表者名: 筒井健一郎
  • 学会等名: 第57回日本心身医学会総会
  • 招待講演
• [学会発表] Using transcranial magnetic stimulation (TMS) as a tool for primate neuroscience research (2016)
  • 著者名/発表者名: Tsutsui KI
  • 学会等名: 31st International Congress of Psychology (ICP2016)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 経頭蓋時期刺激（TMS）で拓く霊長類研究の新展開 (2015)
  • 著者名/発表者名: 筒井健一郎
  • 学会等名: ナショナルバイオリソース第12回公開シンポジウム
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2015-12-11
  • 招待講演
• [学会発表] Cortical and subcortical projections of the entorhinal layer III neurons of the rat. (2015)
  • 著者名/発表者名: Ohara S., Ito, K., Sota, Y., Tsutsui, K-I., Witter, P. M., Iijima, T.
  • 学会等名: Society for Neuroscience Annual Meeting
  • 発表場所: Chicago (USA)
  • 年月日: 2015-10-21
  • 国際学会
• [学会発表] Rabies virus vector with improved transgene expression level for transsynaptic tracing. (2015)
  • 著者名/発表者名: Sota, Y., Ohara, S., Sato, S., Ito, K., Tsutsui, K-I., Iijima, T.
  • 学会等名: Society for Neuroscience Annual Meeting
  • 発表場所: Chicago (USA)
  • 年月日: 2015-10-21
  • 国際学会
• [学会発表] The effect of bimodal value representation on goal directed behavior and reflective choice in behaving macaque. (2015)
  • 著者名/発表者名: Yasuda M, Nakamura S, Okada KI, Kobayashi Y, Tsutsui KI, Nakamura K.
  • 学会等名: Society for Neuroscience Annual Meeting
  • 発表場所: Chicago (USA)
  • 年月日: 2015-10-20
  • 国際学会
• [学会発表] Comparison of neural representations between rat anterior insular and orbitofrontal cortex in risky decision making. (2015)
  • 著者名/発表者名: Ishii, H., Kaizu, Y., Takahashi, S., Ohara, S., Tobler, N. P., Tsutsui, K-I., Iijima, T.
  • 学会等名: Society for Neuroscience Annual Meeting
  • 発表場所: Chicago (USA)
  • 年月日: 2015-10-20
  • 国際学会
• [学会発表] Neural responses observed only in a gambling task in the rat anterior insular cortex. (2015)
  • 著者名/発表者名: Kaizu, Y., Ishii, H., Takahashi, S., Ohara, S., Tobler, N. P., Tsutsui, K-I., Iijima, T.
  • 学会等名: Society for Neuroscience Annual Meeting
  • 発表場所: Chicago (USA)
  • 年月日: 2015-10-20
  • 国際学会
• [学会発表] Cytoarchitectonic information of rat medial prefrontal “delay” neurons revealed by single-neuron electroporation. (2015)
  • 著者名/発表者名: Oyama, K., Tateyama, Y., Lo, CW., Ohara, S., Karube, F., Fujiyama, F., Iijima, T., Tsutsui, K-I.
  • 学会等名: Society for Neuroscience Annual Meeting
  • 発表場所: Chicago (USA)
  • 年月日: 2015-10-20
  • 国際学会
• [学会発表] Inactivation of rat dorsomedial prefrontal cortex impairs delayed response performance under head fixation (2015)
  • 著者名/発表者名: Lo C, Tateyama Y, Oyama K, T. Iijima T, Tsutsui KI
  • 学会等名: Society for Neuroscience Annual Meeting
  • 発表場所: Chicago (USA)
  • 年月日: 2015-10-19
  • 国際学会
• [学会発表] Comparing the impact of online and low-frequency offline rTMS over the unilateral dorsolateral prefrontal cortex on the delayed response task performance. (2015)
  • 著者名/発表者名: Ogawa K, Nakamura S, Hosokawa T, Iijima T, Tsutsui KI.
  • 学会等名: Society for Neuroscience Annual Meeting
  • 発表場所: Chicago (USA)
  • 年月日: 2015-10-19
  • 国際学会
• [学会発表] Neck collar: A novel non-invasive system for restricting head and body movements in rats for behavioral task performance and simultaneous neuron activity recording (2015)
  • 著者名/発表者名: Tateyama Y, Oyama K, Lo C, Iijima T, Tsutsui KI
  • 学会等名: Society for Neuroscience Annual Meeting
  • 発表場所: Chicago (USA)
  • 年月日: 2015-10-18
  • 国際学会
• [学会発表] Ventrolateral prefrontal activity reflects increases in object value induced by larger choice sets. (2015)
  • 著者名/発表者名: Fujiwara J, Usui N, Eifuku S, Iijima T, Taira M, Tsutsui KI, Tobler P
  • 学会等名: Society for Neuroscience Annual Meeting
  • 発表場所: Chicago (USA)
  • 年月日: 2015-10-17
  • 国際学会
• [学会発表] Morphological identification of rat medial prefrontal neurons showing sustained activity during a delay period of a delayed response task by single-neuron electroporation. (2015)
  • 著者名/発表者名: Oyama, K., Tateyama, Y., Lo, CW., Ohara, S., Karube, F., Fujiyama, F., Iijima, T., Tsutsui, KI.
  • 学会等名: 第38回日本神経科学大会
  • 発表場所: 神戸
  • 年月日: 2015-07-30
• [学会発表] Afferents and Efferents of the Commissural Projection Neurons in Enthorinal Cortex Layer 3 of the Rat. (2015)
  • 著者名/発表者名: Ohara, S., Itou, K., Sota, Y., Sato, S., Tsutsui, KI., Iijima, T.
  • 学会等名: 第38回日本神経科学大会
  • 発表場所: 神戸
  • 年月日: 2015-07-30
• [学会発表] Ventrolateral prefrontal activity reflects increases in object value induced by larger choice sets. (2015)
  • 著者名/発表者名: Fujiwara J, Usui N, Eifuku S, Iijima T, Taira M, Tsutsui KI, Tobler PN.
  • 学会等名: 第38回日本神経科学大会
  • 発表場所: 神戸
  • 年月日: 2015-07-29
• [学会発表] An integrated system for the quantitative measure of motivation and emotion in monkeys. (2015)
  • 著者名/発表者名: Yasuda M, Nakamura S, Okada KI, Kobayashi Y, Tsutsui KI, Nakamura K.
  • 学会等名: 第38回日本神経科学大会
  • 発表場所: 神戸
  • 年月日: 2015-07-29
• [学会発表] Risky choice selective neuron in rat anterior insular cortex. (2015)
  • 著者名/発表者名: Ishii, H., Kaizu, Y., Takahashi, S., Ohara, S., Tobler, N. P., Tsutsui, KI., Iijima, T.
  • 学会等名: 第38回日本神経科学大会
  • 発表場所: 神戸
  • 年月日: 2015-07-29
• [学会発表] Different contributions of monkey frontal, premotor, and parietal corticies in spatial working memory task revealed by on-line rTMS. (2015)
  • 著者名/発表者名: Tsutsui KI
  • 学会等名: International Symposimu on Magnetic Stimulation: Past, Present and Future
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2015-06-06
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] The effect of inactivation of prefrontal cortex on immediate behavioral adaptation in group reversal task by offline repetitive transcranial magnetic stimulation (rTMS) in monkeys (2015)
  • 著者名/発表者名: Hosokawa T, Nakamura S, Matsui Y, Yamada M, Iijima T, Tsutsui KI
  • 学会等名: 1st International Brain Stimulation Conference
  • 発表場所: Singapore (Singapore)
  • 年月日: 2015-03-02
  • 国際学会
• [学会発表] Different roles of the monkey dorsolateral prefrontal, premotor and posterior parietal cortices in a delayed response task revealed by functional disturbance by on-line rTMS (2015)
  • 著者名/発表者名: Nakamura S, Hosokawa T, Iijima T, Tsutsui KI
  • 学会等名: 1st International Brain Stimulation Conference
  • 発表場所: Singapore (Singapore)
  • 年月日: 2015-03-02
  • 国際学会
• [学会発表] Functional segregation of prefrontal and premotor cortices in a delayed response task: An rTMS study. (2014)
  • 著者名/発表者名: Nakamura S, Hosokawa T, Iijima T, Tsutsui KI
  • 学会等名: Society for Neuroscience Annual Meeting 2014
  • 発表場所: Washington, DC (USA)
  • 年月日: 2014-11-19
  • 国際学会
• [学会発表] Involvement of dorsolateral and ventrolateral prefrontal cortex in behavioral adaptation to group reversal (2014)
  • 著者名/発表者名: Hosokawa T, Nakamura S, Matsui Y, Yamada M, Iijima T, Tsutsui KI
  • 学会等名: Society for Neuroscience Annual Meeting 2014
  • 発表場所: Washington, DC (USA)
  • 年月日: 2014-11-19
  • 国際学会
• [学会発表] Sustained activity in mPFC of head-fixed rats performing delayed response task (2014)
  • 著者名/発表者名: Tateyama Y, Oyama K, Omori K, Iijima T, Tsutsui KI
  • 学会等名: Society for Neuroscience Annual Meeting 2014
  • 発表場所: Washington, DC (USA)
  • 年月日: 2014-11-19
  • 国際学会
• [学会発表] Deleting G protein of rabies virus vector enhances transgene expression level via decreased cell toxicity and increased RNA polymerase expression. (2014)
  • 著者名/発表者名: Sato S, Ohara S, Tsutsui KI, Iijima T
  • 学会等名: Society for Neuroscience Annual Meeting 2014
  • 発表場所: Washington, DC (USA)
  • 年月日: 2014-11-19
  • 国際学会
• [学会発表] Dopaminergic and serotonergic modulation of anterior insular and orbitofrontal cortex in risky decision making (2014)
  • 著者名/発表者名: Ishii H, Ohara S, Kaizu Y, Tobler PN, Tsutsui KI, Iijima T
  • 学会等名: Society for Neuroscience Annual Meeting 2014
  • 発表場所: Washington, DC (USA)
  • 年月日: 2014-11-18
  • 国際学会
• [学会発表] Dopaminergic and serotonergic modulation of anterior insular and orbitofrontal cortex in risky decision making. (2014)
  • 著者名/発表者名: Ohara S, Sato S, Tsutsui KI, Witter MP, Iijima T
  • 学会等名: Society for Neuroscience Annual Meeting 2014
  • 発表場所: Washington, DC (USA)
  • 年月日: 2014-11-15
  • 国際学会
• [学会発表] 遅延反応課題遂行中のラット頭頂連合野における感覚情報と運動情報 (2014)
  • 著者名/発表者名: 舘山幸菜, 小山佳, 大森和音, 飯島敏夫, 筒井健一郎
  • 学会等名: 第37回日本神経科学大会
  • 発表場所: 横浜
  • 年月日: 2014-09-13
• [学会発表] rTMSを用いた機能阻害によって明らかになった遅延反応課題における大脳皮質諸領野の役割分担 (2014)
  • 著者名/発表者名: 中村晋也, 細川貴之, 飯島敏夫, 筒井健一郎
  • 学会等名: 第37回日本神経科学大会
  • 発表場所: 横浜
  • 年月日: 2014-09-13
• [学会発表] グループ逆転課題遂行中のサル前頭連合野におけるカテゴリ情報の表現 (2014)
  • 著者名/発表者名: 細川貴之, 中村晋也, 山田宗和, 飯島敏夫, 筒井健一郎
  • 学会等名: 第37回日本神経科学大会
  • 発表場所: 横浜
  • 年月日: 2014-09-12
• [学会発表] 狂犬病ウイルスベクターを用いたラット海馬歯状回への投射経路の解析 (2014)
  • 著者名/発表者名: 大原慎也, 佐藤翔, 筒井健一郎, Witter Menno P, 飯島 敏夫
  • 学会等名: 第37回日本神経科学大会
  • 発表場所: 横浜
  • 年月日: 2014-09-12
• [学会発表] Investigating the functional specialization within the monkey neocortex using TMS (2014)
  • 著者名/発表者名: Tsutsui KI
  • 学会等名: Magstim Neuroscience Conference 2014
  • 発表場所: Oxford (UK)
  • 年月日: 2014-05-10
  • 国際学会 / 招待講演