2017 Fiscal Year Annual Research Report
運動学習に内在する大脳皮質運動野神経回路と可塑的変化の形態－機能連関
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17J04137
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| Research Institution | National Institute for Physiological Sciences |
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Principal Investigator |
孫 在隣 生理学研究所, 基盤神経科学研究領域, 特別研究員(PD)
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| Project Period (FY) |
2017-04-26 – 2020-03-31
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| Keywords | 大脳皮質運動野 / 運動学習 / 錐体細胞 / シナプス可塑性 / 光学顕微鏡 / 電子顕微鏡 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
動物が巧緻な運動を行うには、中枢神経系において最適な運動制御が行われる必要がある。動物はその最適な運動制御を運動学習により獲得するが、その学習過程において大脳皮質運動野を含む中枢神経系では新しいニューロンのネットワークが再編される。本研究課題では、運動学習により変化した運動野錐体細胞を取り巻く線維連絡を、光学顕微鏡や電子顕微鏡を用いた高い空間解像度での形態解析を行うことで、この新たに形成された神経回路を特定する。
前肢の運動指令を司る運動野領域直上に頭蓋窓を設置し、マウスに前肢を用いた運動を学習させた。その過程において新規に出現するスパインを2光子励起顕微鏡下にて同定した。この新生スパインの出現率は、運動学習により上昇することが確認された。この脳標本をさらに光学顕微鏡にて詳細に観察したところ、新生スパインと安定スパインに入力する軸索終末には一定の選択性が存在することが判明した。
また、光学顕微鏡で同定された樹状突起を電顕観察につなげるには、観察された広い領域すべてを連続電顕画像撮影し、3次元再構築を行う必要がある。この目的のため、連続超薄切片自動テープ回収装置 （ATUMtome）で超薄切切片の自動回収と、走査型電子顕微鏡（SEM）での観察方法を開発した（Kubota et al., Nature Communications, 2018）。特に、電子線のアーチファクトを軽減するためのシミュレーションデータを解析し、最適な観察条件の設定を見出した。これにより、これまで手動で回収していた連続超薄切切片の自動回収と、さらにその電子顕微鏡画像の3次元大規模データの取得が飛躍的に容易となった。
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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
現段階まで順調にデータ取得に至っている。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は光学顕微鏡観察のサンプル数をさらに増やしていく予定である。
また、ウイルストレーサー等を用いてさらに細かく解析し、運動学習の領野間連絡網を描出する。また、電子顕微鏡観察にてシナプスの確認を行っていく。
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