大脳基底核―視床―大脳皮質投射の生理機能と病態生理

2018 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 26250009
• 研究機関: 生理学研究所
• 研究代表者: 南部 篤 生理学研究所, システム脳科学研究領域, 教授 (80180553)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2019-03-31
• キーワード: 大脳基底核 / 視床 / 大脳皮質 / 淡蒼球 / 大脳基底核疾患

研究実績の概要

大脳基底核の出力核である淡蒼球内節から視床ー大脳皮質への情報伝達様式を調べるため、以下の実験を行った。光に応じて左あるいは右に上肢を用いて到達運動をするようにニホンザルを訓練しておく。あらかじめ大脳皮質一次運動野、補足運動野の上肢領域に刺激電極を設置しておく。また、淡蒼球内節に、黄色光によって神経活動を抑制する光感受性物質であるハロロドプシンを搭載したAAVウイルスベクターを注入しておく。淡蒼球内節から視床への投射終末にハロロドプシンが発現するのを待って、記録電極に光ファイバーを貼り付けたオプトロードを、視床内に刺入した。大脳皮質を電気刺激し逆行性応答により、また淡蒼球内節を電気刺激し、抑制性応答を記録することにより、淡蒼球内節から入力を受け、大脳皮質運動野に投射する視床ニューロンであることを同定した。次に、淡蒼球内節を電気刺激し、同時に光ファイバーから黄色レーザー光を照射すると、抑制性応答が減弱することが分かった。すなわち、光照射により、淡蒼球内節ー視床伝達が抑制されていることが示された。さらに、サルに運動課題を遂行させ、その際の視床ニューロンの活動を記録したところ、運動に際して興奮するものが多く記録できた。次に、運動中に黄色レーザー光を照射したところ、運動に伴う興奮性活動が減弱することがわかった。これまで大脳基底核からの抑制から脱することにより、視床が活動すると考えられてきた（脱抑制説）が、本結果は、大脳基底核からの抑制後のリバウンド興奮によって、視床に信号を伝達していることを強く示唆するものである。

現在までの達成度 (段落)

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [国際共同研究] HM CINAC(スペイン)
  • 国名: スペイン
  • 外国機関名: HM CINAC
• [国際共同研究] Lund大学/スウェーデン王立工科大学(スウェーデン)
  • 国名: スウェーデン
  • 外国機関名: Lund大学/スウェーデン王立工科大学
• [雑誌論文] Recruitment of calbindin into nigral dopamine neurons protects against drug-induced parkinsonism (2019)
  • 著者名/発表者名: Inoue K, Miyachi S, Nishi K, Okado H, Nagai Y, Minamimoto T, Nambu A, Takada M
  • 雑誌名: Mov Disord 巻: 34(2) ページ: 200-209
  • DOI: 10.1002/mds.107
  • 査読あり
• [雑誌論文] Sensory nerve supports epithelial stem cell function in healing of corneal epithelium in mice: the role of trigeminal nerve transient receptor potential vanilloid 4 (2019)
  • 著者名/発表者名: Okada Y, Sumioka T, Ichikawa K, Sano H, Nambu A, Kobayashi K, Uchida K, Suzuki Y, Tominaga M, Reinach PS, Hirai SI, Jester JV, Miyajima M, Shirai K, Iwanishi H, Kao WW, Liu CY, and Saika S
  • 雑誌名: Lab Invest 巻: 99(2) ページ: 210-230
  • DOI: 10.1038/s41374-018-0118-4
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] The effect of zonisamide on L-DOPA-induced dyskinesia in Parkinson’s disease model mice (2019)
  • 著者名/発表者名: Sano H, Nambu A
  • 雑誌名: Neurochem Int 巻: 124 ページ: 171-180
  • DOI: 10.1016/j.neuint.2019.01.011
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Two-photon imaging of neuronal activity in motor cortex of marmosets during upper-limb movement tasks (2018)
  • 著者名/発表者名: Ebina T, Masamizu Y, Tanaka YR, Watakabe A, Hirakawa R, Hirayama Y, Hira R, Terada S, Koketsu D, Hikosaka K, Mizukami H, Nambu A, Sasaki E, Yamamori Y, Matsuzaki M
  • 雑誌名: Nat Commun 巻: 9(1) ページ: 1879
  • DOI: 10.1038/s41467-018-04286-6
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Monitoring and updating of action selection for goal-directed behavior through the striatal direct and indirect pathways (2018)
  • 著者名/発表者名: Nonomura S, Nishizawa K, Sakai Y, Kawaguchi Y, Kato S, Uchigashima M, Watanabe M, Yamanaka K, Enomoto K, Chiken S, Sano H, Soma S, Yoshida J, Samejima K, Ogawa M, Kobayashi K, Nambu A, Isomura Y, Kimura M
  • 雑誌名: Neuron 巻: 99(6) ページ: 1302-1314.e5
  • DOI: 10.1016/j.neuron.2018.08.002
  • 査読あり
• [雑誌論文] Length of myelin internodes of individual oligodendrocytes are controlled by microenvironment influenced by normal and input-deprived axonal activities in sensory deprived mouse models (2018)
  • 著者名/発表者名: Osanai Y, Shimizu T, Mori T, Hatanaka N, Kimori Y, Kobayashi K, Yoshimura Y, Nambu A, Ikenaka K
  • 雑誌名: Glia 巻: 66(11) ページ: 2514-2525
  • DOI: 10.1002/glia.23502
  • 査読あり
• [雑誌論文] New neurons use Slit-Robo signaling to migrate through the glial meshwork and approach the lesion for functional regeneration (2018)
  • 著者名/発表者名: Kaneko N, Herranz-Perez V, Otsuka T, Sano H, Ohno N, Omata T, Nguyen HB, Thai TQ, Nambu A, Kawaguchi Y, Garcia-Verdugo JM, Sawamoto K
  • 雑誌名: Sci Adv 巻: 4(12) ページ: eaav0618
  • DOI: 10.1126/sciadv.aav0618.
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] Neurophysiological studies of motor-related areas in awake common monkeys (2019)
  • 著者名/発表者名: Koketsu D, Nambu A
  • 学会等名: International Symposium of Brain/MINDS ISMB2019 (東京)
• [学会発表] 覚醒下マーモセットからの神経活動記録法 (2019)
  • 著者名/発表者名: 南部 篤
  • 学会等名: 第８回日本マーモセット研究会（東京
  • 招待講演
• [学会発表] Cortical control of subthalamic nucleus activity in awake monkeys (2019)
  • 著者名/発表者名: Polyakova Z, Hatanaka N, Chiken S, Nambu A
  • 学会等名: 11th Nagoya Global Retreat (Nagoya)
• [学会発表] マーモセット前頭連合野機能マッピングのための記憶課題の確立 (2019)
  • 著者名/発表者名: 纐纈大輔、南部篤
  • 学会等名: 第８回日本マーモセット研究会（東京）
• [学会発表] Parkinson’s disease as a network disorder (2019)
  • 著者名/発表者名: Nambu A
  • 学会等名: System Neuroscience Spring School 2019 (京都)
  • 招待講演
• [学会発表] 視床下核による運動制御：マカクザル視床下核の化学遺伝学的抑制による運動異常 (2019)
  • 著者名/発表者名: 長谷川拓
  • 学会等名: 平成30年度 京都大学 霊長類研究所 共同利用研究会（犬山）
  • 招待講演
• [学会発表] Physiological and anatomical organization of cortico-striatal inputs in the basal ganglia (2019)
  • 著者名/発表者名: Sano H, Kobayashi K, Kato S, Chiken S, Kobayashi K, Nambu A
  • 学会等名: 9th FAOPS Congress (神戸)
• [学会発表] How does the cerebellum control thalamocortical activity? (2019)
  • 著者名/発表者名: Chiken S, Sano H, Kobayashi K, Nambu A
  • 学会等名: 9th FAOPS Congress (神戸)
• [学会発表] Neuronal responses and movements induced by concurrent activation of striatonigral and striatopallidal neurons (2018)
  • 著者名/発表者名: Sano H, Tanaka KF, Nambu A
  • 学会等名: FENS2018 (Berlin, Germany)
  • 国際学会
• [学会発表] Modulation of basal ganglia pathways after chronic L-dopa treatment in Parkinson`s disease (2018)
  • 著者名/発表者名: Indriani Dwi Wahyu, Sano H, Chiken S, Nambu A
  • 学会等名: FENS2018 (Berlin, Germany)
  • 国際学会
• [学会発表] Cerebellar control of thalamocortical activity (2018)
  • 著者名/発表者名: Chiken S, Sano H, Kobayashi K, Nambu A
  • 学会等名: FENS2018 (Berlin, Germany)
  • 国際学会
• [学会発表] Cortico-basal ganglia loop and movement disorders (2018)
  • 著者名/発表者名: Nambu A
  • 学会等名: 第４１回日本神経科学大会（神戸）
  • 招待講演
• [学会発表] Chronic L-dopa treatment alters basal ganglia signaling in Parkinson’s disease model mice (2018)
  • 著者名/発表者名: Indriani Dwi Wahyu, Sano H, Chiken S, Nambu A
  • 学会等名: 第４１回日本神経科学大会（神戸）
• [学会発表] Cerebellar outputs modulate neuronal activity in the primary motor cortex during movement execution in macaque monkeys (2018)
  • 著者名/発表者名: Sano N, Nakayama Y, Hoshi E, Chiken S, Nambu A, Nishimura Y
  • 学会等名: 第４１回日本神経科学大会（神戸）
• [学会発表] Elucidation of motor control mechanism using genetically mice harboring tetracycline regulated expression on D1/D2 dopamine receptors (2018)
  • 著者名/発表者名: Sasaoka T, Sato A, Chiken S, Okubo T, Abe M, Kawamura M, Saito N, Oda K, Sakuma T, Uchiyama S, Abe M, Tanaka M, Yamamoto Y, Jimbo Y, Sato T, Fujisawa N, Sakimura K, Nambu A
  • 学会等名: 第４１回日本神経科学大会（神戸）
• [学会発表] Cortical control of monkey subthalamic nucleus by the hyperdirect and indirect pathways (2018)
  • 著者名/発表者名: Polyakova Z, Hatanaka N, Chiken S, Nambu A
  • 学会等名: 第４１回日本神経科学大会（神戸）
• [学会発表] Identification of indirect pathway neurons and dopaminergic innervation in the rat dorsal striatum (2018)
  • 著者名/発表者名: Nonomura S, Kato S, Iguchi Y, Nishizawa K, Sakai Y, Kawaguchi Y, Nambu A, Watanabe M, Kobayashi K, Isomura Y, Kimura M
  • 学会等名: 第４１回日本神経科学大会（神戸）
• [学会発表] Silencing of FUS in common marmoset caudate induces shortening of fiber tracts accompanied with glial inflammation (2018)
  • 著者名/発表者名: Endo K, Ishigaki S, Watanabe H, Masamizu Y, Hatanaka N, Hata J, Watakabe A, Matsuzaki M, Nambu A, Okano H, Yamamori T, Katsuno M, Sobue G
  • 学会等名: 第４１回日本神経科学大会（神戸）
• [学会発表] Basal ganglia and cerebellar control of thalamocortical activity (2018)
  • 著者名/発表者名: Chiken S, Sano H, Kobayashi K, Nambu A
  • 学会等名: 第２回NIPS-ARIHHP Joint orkshop Human High Performance-oriented Sports Neuroscience by Integrating Basic Neuroscience （岡崎）
• [学会発表] 大脳基底核による運動制御 (2018)
  • 著者名/発表者名: 南部 篤
  • 学会等名: 第２回NIPS-ARIHHP Joint orkshop Human High Performance-oriented Sports Neuroscience by Integrating Basic Neuroscience （岡崎）
  • 招待講演
• [学会発表] 大脳基底核による運動制御：マカクザル視床下核の化学遺伝学的な活動制御 (2018)
  • 著者名/発表者名: 長谷川拓、知見聡美、小林憲太、南部篤
  • 学会等名: 第33回日本大脳基底核研究会（東京）
• [学会発表] モデルマウスの神経活動からジストニアの病態生理を探る (2018)
  • 著者名/発表者名: 知見聡美、南部篤
  • 学会等名: 第33回日本大脳基底核研究会（東京）
• [学会発表] The role of hyperdirect and indirect pathways in the formation of cortically induced bi-phasic response in monkey subthalamic nucleus (2018)
  • 著者名/発表者名: Polyakova Z, Hatanaka N, Chiken S, Nambu A
  • 学会等名: 8th National Institute of Physiology - Nagoya University Graduate School of Medicine Joint symposium (Nagoya)
• [学会発表] How do the basal ganglia and cerebellum control thalamocortical activity? (2018)
  • 著者名/発表者名: Chiken S
  • 学会等名: 8th Joint CIN-NIPS Symposium (Tuebingen)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Inhibitory center-excitatory surround" organization of the basal ganglia revealed by optogenetic stimulation (2018)
  • 著者名/発表者名: Nambu A
  • 学会等名: 8th Joint CIN-NIPS Symposium (Tuebingen)
• [学会発表] The impact of glutamatergic and GABAergic inputs to the subthalamic nucleus activity in monkey (2018)
  • 著者名/発表者名: Polyakova Z, Hatanaka N, Chiken S, Nambu A
  • 学会等名: McGill University and Natl Inst Physiol Sci Joint symposium (Okazaki)
• [学会発表] Parkinson’s disease as a network disorder (2018)
  • 著者名/発表者名: Nambu A
  • 学会等名: Symposio Cajal 2018 (Madrid, Spain)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Parkinson’s disease as a network disorder (2018)
  • 著者名/発表者名: Nambu A
  • 学会等名: XXXVI Annual Meeting of Indian Academy of Neuroscience (Varanasi, India)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Silencing of FUS in the caudate nucleus of non-human primates induces disruption of its fiber bundles (2018)
  • 著者名/発表者名: Endo K, Ishigaki S, Hatanaka N, Hata J, Watanabe H, Katsuno M, Nambu A, Okano H, Yamamori T, Sobue G
  • 学会等名: Neuroscience 2018 (San Diego)
• [学会発表] Cerebellar outputs contribute to the activity of the primary motor cortex during arm-reaching movement in macaque monkeys (2018)
  • 著者名/発表者名: Sano N, Nakayama Y, Hoshi E, Chiken S, Nambu A, Nishimura Y
  • 学会等名: Neuroscience 2018 (San Diego)
• [学会発表] The chemogenetic suppression of the primate subthalamic nucleus impairs voluntary movements by disturbing the firing pattern in the internal segment of the globus pallidus (2018)
  • 著者名/発表者名: Hasegawa T, Chiken S, Kobayashi K, Nambu A
  • 学会等名: Neuroscience 2018 (San Diego)
• [学会発表] The impact of glutamatergic and GABAergic inputs to the subthalamic nucleus activity in monkey (2018)
  • 著者名/発表者名: Polyakova Z, Hatanaka N, Chiken S, Kita H, Nambu A
  • 学会等名: Neuroscience 2018 (San Diego)
• [学会発表] Glutamatergic and GABAergic controls of the subthalamic nucleus activity in monkeys (2018)
  • 著者名/発表者名: Polyakova Z, Hatanaka N, Chiken S, Nambu A
  • 学会等名: 30th Annual Basal Ganglia Function Research Association meeting (Aizu-Wakamatsu, Fukushima)
• [学会発表] The role of hyperdirect and indirect pathways in the formation of cortically induced bi-phasic response in monkey subthalamic nucleus (2018)
  • 著者名/発表者名: Polyakova Z, Hatanaka N, Chiken S, Nambu A
  • 学会等名: Life Science Retreat 2018 (Yamanashi, Lake-Kawaguchiko)
• [学会発表] Correlated activity in the globus pallidus of normal and MPTP-treated Parkinson's disease monkeys (2018)
  • 著者名/発表者名: Woranan Wongmassang
  • 学会等名: 生理学研究所研究会「行動を制御する神経ネットワーク機能の解明に向けて」（岡崎）
  • 招待講演
• [学会発表] Na pump dysfunction may cause dystonia by enhancing cortico-striato-pallidal neurotransmission (2018)
  • 著者名/発表者名: Nambu A, Chiken S
  • 学会等名: 第４１回日本分子生物学会年会（横浜）
• [学会発表] モデル動物の神経活動からジストニアの病態を考える (2018)
  • 著者名/発表者名: 知見聡美、南部篤
  • 学会等名: 第17回ジストニア研究会（東京）
  • 招待講演
• [備考] 生理学研究所 生体システム研究部門 web site
  • URL: http://www.nips.ac.jp/sysnp