ストレス下の意思決定破綻の神経機構の解明

2020 年度 実績報告書

• 研究領域: マルチスケール精神病態の構成的理解
• 研究課題/領域番号: 19H05230
• 研究機関: 関西医科大学
• 研究代表者: 中村 加枝 関西医科大学, 医学部, 教授 (40454607)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2021-03-31
• キーワード: セロトニン / 黒質網様体 / 分解条床核 / 背側縫線核 / 負の情動 / ストレス / 光遺伝学 / 大脳基底核

研究実績の概要

ストレス等負の情動下の認知・行動の変化は、精神疾患患者においても大きな問題であるが、そのメカニズムは不明である。本申請は、ヒトの研究への橋渡しとして欠かせない霊長類を用い、神経回路が良く解明されヒトの行動実験にも応用可能である眼球運動課題を用いてこの問いに答える。
意思決定の神経基盤である大脳皮質―基底核回路の出力部である黒質網様部は、上丘や視床など運動出力部位の抑制・脱抑制メカニズムにより出力を制御する。黒質網様部は情動情報処理を担う扁桃体・拡張扁桃体からの抑制性投射とセロトニンによる修飾を受ける。ストレス下認知・行動変化は、これら入力の変化による脱抑制機能の破綻の結果である可能性がある。
まず、サルが嫌悪刺激を予測しつつ選択を行う眼球運動課題を開発し、背側縫線核（セロトニン細胞が多く存在）の課題関連発火と、ストレスレベルを反映する自律神経反応、選択行動や衝動的行動との関連を解析した。背側縫線核セロトニン細胞には、嫌悪刺激又は報酬に強く反応するものがあり、嫌悪刺激に強く反応するタイプは、高ストレス状態で課題を行っている際、発火頻度が高いほど報酬を得られる選択が起きた。セロトニンのストレスに対するレジリエンスへの関与を示唆する。この因果関係を検証するため、２頭のカニクイサルにセロトニン細胞選択的にチャネルロドプシンを発現するウイルスベクター（京都大学　永安一樹氏開発）を注入した。異なる報酬量を期待する眼球運動課題と、嫌悪刺激を予測しつつ選択を行う眼球運動課題において、背側縫線核セロトニン細胞・さらに投射先の黒質網様部と緻密部、腹側被蓋野の光操作を行った。いずれの領域も、反応時間に現れる刺激効果は、光照射のタイミング・コンテキスト依存的であり、高ストレス下でも行動を起こす際に顕著であった。神経活動の結果と合わせ、負の状況に負けない意思決定にセロトニンが重要であることを証明できた。

現在までの達成度 (段落)

令和2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

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Novel characterization of subjective visual vertical in patients with unilateral spatial neglect (2021)
  • 著者名/発表者名: Mori Kimihiko、Nakamura Kae、Hashimoto Shingo、Wakida Masanori、Hase Kimitaka
  • 雑誌名: Neuroscience Research 巻: 163 ページ: 18～25
  • DOI: 10.1016/j.neures.2020.02.005
  • 査読あり
• [雑誌論文] Prediction of pharmacological activities from chemical structures with graph convolutional neural networks. (2021)
  • 著者名/発表者名: Sakai M, Nagayasu K, Shibui N, Andoh C, Takayama K, Shirakawa H, Kaneko
  • 雑誌名: Sci Rep. 巻: 11(1) ページ: 525
  • DOI: 10.1038/s41598-020-80113-7.
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Acute restraint stress augments the rewarding memory of cocaine through activation of α1 adrenoceptors in the medial prefrontal cortex of mice. (2020)
  • 著者名/発表者名: Wada S, Yanagida J, Sasase H, Zhang T, Li X, Kamii H, Domoto M, Deyama S, Hinoi E, Yamanaka A, Nishitani N, Nagayasu K, Kaneko S, Minami M, Kaneda K.
  • 雑誌名: Neuropharmacology. 巻: 166 ページ: 107968
  • DOI: 10.1016/j.neuropharm.2020.107968.
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] The Role of Dorsal Raphe Serotonin Neurons in the Balance between Reward and Aversion. (2020)
  • 著者名/発表者名: Nagai Y, Takayama K, Nishitani N, Andoh C, Koda M, Shirakawa H, Nakagawa T, Nagayasu K, Yamanaka A, Kaneko S.
  • 雑誌名: Int J Mol Sci. 巻: 21(6) ページ: 2160
  • DOI: 10.3390/ijms21062160.
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] サル扁桃体の社会的情報と報酬情報の処理において、興奮性応答は抑制性応答よりも優位である (2020)
  • 著者名/発表者名: 倉岡康治, 中村加枝
  • 学会等名: 第43回日本神経科学大会
• [備考] 関西医科大学 生理学講座
  • URL: http://www3.kmu.ac.jp/psl2/