眼球運動系を手がかりとする精神機能の脳内メカニズムの解明

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13854029
• Research Institution: Okazaki National Research Institutes
• Principal Investigator: 伊佐 正 岡崎国立共同研究機構, 生理学研究所, 教授 (20212805)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 小林 康 岡崎国立共同研究機構, 生理学研究所, 助手 (60311198)
• Keywords: 眼球サッケード運動 / 注意 / 動機付け / 上丘 / 脚橋被蓋核 / マウス / サル

Research Abstract

サルを用いた動機付けの脳内機構
サッケード課題遂行中のサルの脚橋被蓋核(PPTN)ニューロンの活動様式を解析した。最初の注視点へのサッケードの反応時間はその後のサッケード課題の成否とよく相関し、また一回前の試行での報酬量ともよく相関することから動機付けの良い指標であると考えられた。そしてPPTNニューロンには課題の成否と相関の強い持続的活動を毎回の試行開始時から終了時まで示す一群のニューロンがあるが、この活動は注視点へのサッケードの反応時間とより良い相関を示すことから動機付けの強さを反映すると考えられた。この種の活動を示すニューロンにはスパイク幅の広いものと狭いものがあり、コリン作動性のものとそうでないもの両方が含まれると考えられた。
マウスを用いたサッケードフィードバック制御系
サッケード運動制御とその修飾に関与する脳内分子機構を解明するモデルを作成するため、頭部固定、覚醒下でマウスの急速眼球運動を記録・解析する高速度ビデオ画像システム(240Hz)を開発した。その結果、頭部固定下で上丘中間・深層を連発電気刺激するとサルやネコでこれまで報告されてきたのと同様な反対側に向かうサッケード様の急速眼球運動が誘発されることが明らかになった。
そして抑制性神経伝達物質GABAの合成酵素であるGAD65のノックアウトマウスで同様な上丘の電気刺激を行うと、サッケードは誘発できるがその後の眼位を維持することができず、眼球位置は振動することが観察された。これは上丘の下流で機能していると考えられている眼球速度情報を積分してサッケード制御信号にフィードバックするループにおいてGABAを神経伝達物質とするシステムが機能しており、そのフィードバックループの機能不全が起きていることが原因であると考えられた。

Research Products

• [Publications] Endo T, Isa T: "Functionally different AMPA-type glutamate receptors in morphologically identified neurons in superficial layer of rat superior colliculus"Neuroscienee. 108. 129-141 (2001)
• [Publications] Endo T, Isa T: "Postsynaptic and presynaptic GABA_B receptor-mediated inhibition in rat superficial superior colliculus neurons"Neuroscience Letters. 322. 126-130 (2002)
• [Publications] Isa T, Sasaki S: "Brainstem control of head movements during orienting ; organization of the premotor circuits"Progress in Neurobiology. (In press).
• [Publications] Kobayashi Y, Inoue Y, Yamamoto M, Isa T, Aizawa H: "Contribution of pedunculopontine tegmental nucleus neurons to performance of visually guided saccade tasks in monkeys"Journal of Neurophysiology. (In press).
• [Publications] Isa T, Saito Y: "The direct visuo-motor pathway in mammalian superior colliculus ; novel perspective on the interlaminar connection"Neuroscience Research. 41. 107-113 (2001)
• [Publications] Kobayashi Y, Saito Y, Isa T: "Facilitation of saccade initiation by brainstem cholinergic system"Brain Development. 23Supple1. S24-S27 (2001)