2020 Fiscal Year Annual Research Report
Elucidation of the hyper-adaptation mechanism by reconstruction of bio-structure and challenges for prevention of decline in latent adaptive capacity
| Project Area | Hyper-adaptability for overcoming body-brain dysfunction: Integrated empirical and system theoretical approaches |
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| Project/Area Number |
19H05723
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
伊佐 正 京都大学, 医学研究科, 教授 (20212805)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
内藤 栄一 国立研究開発法人情報通信研究機構, 脳情報通信融合研究センター脳情報通信融合研究室, 研究マネージャー (10283293)
浅田 稔 大阪大学, 先導的学際研究機構, 特任教授(常勤) (60151031)
相澤 秀紀 広島大学, 医系科学研究科(医), 教授 (80391837)
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| Project Period (FY) |
2019-06-28 – 2024-03-31
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| Keywords | 機能回復 / 脱抑制 / fMRI / モノアミン / 高齢者 / 霊長類 / 運動野 / 半球間抑制 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
伊佐らは、２頭のサルの中部頚髄亜半切後の回復過程で．ECoGの電極を通じて一次感覚野，一次運動野，運動前野に電気刺激を行い，損傷側の前肢の筋収縮を記録したところ、1か月後のスリットを利用した把持ができる始める時には，多くの部位で筋収縮が誘発された．また．損傷反対側の一次運動野の刺激でも同様に，多くの部位で筋収縮が誘発された。さらにこのような過程で、両半球間の相互作用は損傷前は抑制的であったのに対し、回復過程においては促通性に変化することを見出した。以上の結果から，損傷後の回復過程において，損傷反対側の運動前野と一次運動野を中心に，脳内の抑制が外れる脱抑制が生じることが示唆された．
研究分担者内藤は、研究分担者浅田と共同で、右手の運動課題中に機能的MRIで計測できるNegative BOLDを指標にした、ヒトの脳領域間抑制機構の発達と加齢による劣化を可視化し、若年成人においては、右手運動中に、同側（右）運動野の手領域でみられる半球間抑制、足や顔などの体部位間抑制、視覚野や聴覚野などのクロスモダル抑制、さらにはデフォルトモードネットワークの抑制などが同定できた。
研究分担者相澤は、超適応誘導時のモノアミン神経系の関与を調べるため、急性ストレス下のマウス側坐核における細胞外ドーパミン濃度のリアルタイム測定を行った。尾懸垂下では絶望状態と闘争行動の二種類の行動パターンが交互に現れたが、闘争行動への移行に先んじて側坐核における細胞外ドーパミン濃度が一時的に減少することを明らかにした。これらの事実は、ドーパミン神経伝達と闘争行動誘発という適応行動の因果関係を示すものである。また、ヒト・サルにおける脱抑制の機構を詳細に調べるため、マウス大脳皮質の電気生理学的を応用し、半球間抑制の実験系を立ち上げた。さらに、マウス敗血症モデルにおける病態や脳機能の経時的変化について調べ、論文発表した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
研究代表者伊佐は、広汎脱抑制機構をサル２頭で再現良く確認できた。また大規模な回路再編を示す解剖学的所見も得ることができた。
研究分担者内藤は、高齢者で想定された結果を得ることができている。
研究分担者相澤は、今年度明らかにしたドーパミンの役割を基盤として半球間抑制やストレス下におけるモノアミンの役割をげっ歯類を用いた薬理学および遺伝学的手法で調べる実験基盤を確立できた。
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| Strategy for Future Research Activity |
研究代表者伊佐は、2020年度までに明らかにした広汎脱抑制機構について論文化するとともに相澤と連携してその生理学的基盤の解明を目指す。
研究分担者内藤は、2021年度は、追加実験を行いながら、高齢者の知見をまとめると同時に、浅田グループと共同して、E/Iバランスの発達および劣化に関する数理モデル化に挑む。
研究分担者相澤は、今年度明らかにしたドーパミンの役割を基盤として半球間抑制やストレス下におけるモノアミンの役割をげっ歯類を用いた薬理学および遺伝学的手法で調べる。
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