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大脳―小脳連関による運動制御の詳細と運動の学習メカニズムを明らかにするために、本研究では、多重in vivo多光子観察・光遺伝学による神経活動操作などの最新技術を駆使して、運動適応における大脳―小脳連関の機能的回路シフトの全容解明を目指す。まず、経頭蓋光マッピング法を用いて大脳―小脳間の機能的結合解析を行った。大脳皮質第5層錐体細胞にChR2を発現するThy1-ChR2マウスを使用し、大脳を経頭蓋的に光刺激し、小脳の様々な部位においてプルキンエ細胞から活動電位（単純スパイク・複雑スパイク）を記録した。その結果、小脳皮質は大脳皮質の広範な領域から入力する苔状線維・登上線維の入力パターンの規則性を明らかにした。次に、レバー引き課題実行中のマウスにおいて２光子カルシウムイメージングを行うによって、小脳プルキンエ細胞活動の学習における変化を観察した。レバー引き運動の準備・実行・保持の各フェーズで特徴的に活動する細胞が観察され、同じフェーズで活動する細胞が空間的に近傍な位置に存在してクラスターを形成していたことから、運動情報、感覚情報、報酬予測など随意運動課題に関する様々な情報を表現するマイクロゾーンの存在が示唆された。また、小脳皮質に運動情報の遠心性コピーや感覚フィードバックを伝達するとされる、苔状線維の活動を可視化するために橋核にカルシウムセンサーを発現する方法について検討し、覚醒マウスで苔状線維活動を可視化する系の開発に着手した。さらに、運動適応における大脳―小脳連関の役割を解明するための、マウス用力場適応課題装置や大脳―小脳広域イメージング装置の開発を開始した。
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