運動指令のトップダウン形成とボトムアップ形成を担う皮質回路機構

2013 年度 実績報告書

• 研究領域: ヘテロ複雑システムによるコミュニケーション理解のための神経機構の解明
• 研究課題/領域番号: 24120715
• 研究機関: 玉川大学
• 研究代表者: 礒村 宜和 玉川大学, 脳科学研究所, 教授 (00415077)
• 研究期間 (年度): 2012-04-01 – 2014-03-31
• キーワード: 神経生理学 / ラット / 大脳皮質 / 運動野 / 神経細胞

研究概要

本研究では、外界刺激により誘発される外発性の運動指令の形成(ボトムアップ型)と自らのタイミングによる内発性の運動指令の形成(トップダウン型)のために、大脳皮質内の神経回路上のどの細胞からどの細胞へどのような機能的情報が流れるのかを、「外発性/内発性」運動課題を遂行するラットの運動野を対象に、傍細胞記録法による「ナノ刺激」とマルチニューロン記録法を組み合わせて追跡することを目指してきた。
平成25年度は、前年度に実施した、前肢のレバー操作による外発性／内発性運動課題を遂行中の頭部固定ラット数十頭の一次運動野および二次運動野からのマルチニューロン記録実験から得られた神経活動データを詳細に解析した。その結果、両領野とも、外発性運動発現にも内発性運動発現にも関与しているが、特に二次運動野では、外発性運動の発現時に活動が高まる細胞の割合が有意に多いことを明らかにした。また、これらの細胞の間には、相互相関図上で数ミリ秒以内の同期的発火を示す細胞ペアがおよそ数％の頻度で観察されるが、これらの同期的発火を示す細胞ペアは、細胞サブタイプの違い、課題関連性の違い、運動発現に対する機能的活動の違いに対して、（多少の差異の傾向はあるものの）ニューロン集団全体としては基本的に確率的な分布に近いものであった。すなわち、ニューロン・ペアの同期的発火は、細胞サブタイプや行動上の機能の組み合わせに高い特異性を有するものでなく、むしろもっと神経回路に一般的な性質であることが示唆された。さらに、そのような同期的発火が課題遂行とともに動的に変動するかどうかを調べたところ、ニューロン集団としてはやはり確率的な分布を示し、同期的発火の動的変動が積極的に大脳皮質の機能に関わっているとは結論できない所見を得た。
現在、これらの研究結果を詳細に整理して論文投稿を準備しているところである。

現在までの達成度 (区分)

理由

25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

25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] The synchronous activity of lateral habenular neurons is essential for regulating hippocampal theta oscillation. (2013)
  • 著者名/発表者名: Aizawa H, Yanagihara S, Kobayashi M, Niisato K, Takekawa T, Harukuni R, McHugh TJ, Fukai T, Isomura Y & Okamoto H
  • 雑誌名: J Neurosci 巻: 33 ページ: 8909-8921
  • DOI: 10.1523/JNEUROSCI.4369-12.2013
  • 査読あり
• [雑誌論文] Reward-modulated motor information in identified striatum neurons. (2013)
  • 著者名/発表者名: Isomura Y, Takekawa T, Harukuni R, Handa T, Aizawa H, Takada M & Fukai T
  • 雑誌名: J Neurosci 巻: 33 ページ: 10209-10220
  • DOI: 10.1523/JNEUROSCI.0381-13.2013
  • 査読あり
• [雑誌論文] A θ-γ oscillation code for neuronal coordination during motor behavior. (2013)
  • 著者名/発表者名: Igarashi J, Isomura Y, Arai K, Harukuni R & Fukai T
  • 雑誌名: J Neurosci 巻: 33 ページ: 18515-18530
  • DOI: 10.1523/JNEUROSCI.2126-13.2013
  • 査読あり
• [雑誌論文] Long-lasting single-neuron labeling by in vivo electroporation without microscopic guidance. (2013)
  • 著者名/発表者名: Oyama K, Ohara S, Sato S, Karube F, Fujiyama F, Isomura Y, Mushiake H, Iijima T & Tsutsui K-I
  • 雑誌名: J Neurosci Methods 巻: 218 ページ: 139-147
  • DOI: 10.1016/j.jneumeth.2013.06.004
  • 査読あり
• [雑誌論文] Neural dynamics and information representation in microcircuits of motor cortex. (2013)
  • 著者名/発表者名: Tsubo Y, Isomura Y & Fukai T
  • 雑誌名: Front Neural Circuits 巻: 7 ページ: 85
  • DOI: 10.3389/fncir.2013.00085
  • 査読あり
• [学会発表] Reward-modulated motor information in dorsolateral striatum neurons. (2013)
  • 著者名/発表者名: Isomura Y
  • 学会等名: Dynamic Brain Forum (DBF) 2013, The 4th International Conference on Cognitive Neurodynamics
  • 発表場所: Sigtuna, Sweden
  • 年月日: 20130623-20130627
  • 招待講演
• [学会発表] Cooperative multineuronal spike activities related to externally- and internally-initiated movements in rat primary and secondary motor cortices. (2013)
  • 著者名/発表者名: Kimura R, Saiki A, Fujiwara-Tsukamoto Y, Sakai Y & Isomura Y
  • 学会等名: Neuro2013, The 36th Annual Meeting of the Japan Neuroscience Society
  • 発表場所: 国立京都国際会館（京都府京都市）
  • 年月日: 20130620-20130623
• [学会発表] ラットの運動発現の皮質回路機構．
  • 著者名/発表者名: 礒村 宜和
  • 学会等名: 東京都医学研究機構プロジェクトセミナー
  • 発表場所: 東京都医学研究機構（東京都世田谷区）
  • 招待講演
• [備考] 玉川大学脳科学研究所礒村研究室
  • URL: http://www.tamagawa.ac.jp/teachers/isomura/index.html
• [備考] Researchmap
  • URL: http://researchmap.jp/yoshikazuisomura/
• [産業財産権] 動物学習支援装置、及び動物学習支援機能付き飼育ケージ (2013)
  • 発明者名: 礒村 宜和
  • 権利者名: 礒村 宜和
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2013-205207
  • 出願年月日: 2013-09-30