2013 Fiscal Year Research-status Report
大脳皮質－大脳基底核―視床ループによる運動制御メカニズムの解析
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25430021
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Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Research Institution | National Institute for Physiological Sciences |
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Principal Investigator |
知見 聡美 生理学研究所, 統合生理研究系, 助教 (30396262)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 大脳基底核 / 視床 / 大脳皮質 / 運動制御 / 神経活動 |
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| Research Abstract |
大脳皮質－大脳基底核ループがどのようなメカニズムによって運動を制御するのかを明らかにするため、大脳基底核の出力部である淡蒼球内節の出力が視床および大脳皮質の活動に対してどのような影響を与えるのかを調べる実験を行った。覚醒下のサルにおいて、大脳基底核の出力部である淡蒼球内節電気刺激を加え、視床－大脳皮質投射ニューロンの応答様式を解析した。大脳皮質に投射する外側腹側核ニューロンの多くは、覚醒下であるにも関わらず数Hzから10 Hz 程度の低頻度の自発発火を示した。淡蒼球内節の単発刺激は、単相性の抑制、あるいは抑制とそれに続く弱い興奮という２相性の応答を惹起した。また、50－100 Hzの連続刺激を加えると、刺激期間中に強い興奮が生じる例が多く観察された。視床ニューロンの記録を行いながら、記録しているニューロンの近傍GABA受容体の拮抗薬を局所投与したところ、淡蒼球内節の刺激で観察された抑制と興奮の両方が消失したことから、抑制はGABAによるもの、それに続く興奮はリバウンドによるものと考えられる。また、淡蒼球内節に電気刺激を加えて大脳皮質運動野で記録を行ったところ、少数のニューロンではあるが、興奮性応答が観察された。現在、大脳基底核の運動制御機構としては、「脱抑制モデル」、すなわち、淡蒼球内節のニューロンは常時高頻度発射して視床ニューロンの活動を抑制しているが、直接路を介した入力によって一時的に活動が抑制されると、視床が脱抑制によって興奮し、大脳皮質が興奮して運動を惹起するというモデルが広く認められている。しかしながら、本研究の結果により、淡蒼球内節から視床への情報伝達は、抑制性入力に続くリバウンド興奮によって行われている可能性が示唆された。
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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
本研究は、大脳皮質－大脳基底核ループがどのようなメカニズムによって運動を制御するのかを明らかにすることを目的としている。今後の実験としては、運動課題遂行中のサルにおいて、視床ニューロンの活動を記録する実験を予定しているが、その前段階として大脳基底核の出力部である淡蒼球内節の出力が視床および大脳皮質の活動に対して与える影響を調べる実験を行った。これまでに、淡蒼球内節から視床への情報伝達は、現在広く認められている「脱抑制」ではなく、抑制性入力に続くリバウンド興奮によって行われている可能性を示唆する実験結果を得ており、目的達成に大きく近づいていると考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでの実験により、淡蒼球内節から視床への情報伝達は、抑制性入力に続くリバウンド興奮によって行われている可能性が示唆された。今後、運動課題遂行中のサルにおいて大脳皮質に投射する視床ニューロンの活動を記録し、淡蒼球内節から伝達される抑制とリバウンド興奮が、運動課題の遂行においてどのような機能を果たすのかを明らかにする実験をおこなう。淡蒼球内節の上肢領域に、電気刺激用の双極電極と記録電極、薬物の局所投与を行うためのチューブが一体となった電極を刺入する。また、視床にはユニット記録用の電極を刺入して単一ニューロンの活動を記録、逆行性および順行性の応答を記録することによって入出力を同定する。自発発火と大脳皮質の刺激に対する応答様式を調べた後、課題遂行時における活動様式を筋電図と同時記録して解析し、さらに淡蒼球内節内にGABAA受容体作動薬であるムシモルを投与することによって淡蒼球内節の活動を抑えるか、GABAA受容体拮抗薬であるgabazineを投与することによって淡蒼球内節の活動を増大させた後、視床ニューロンの自発発火様式、大脳皮質の刺激に対する応答、運動課題遂行時における活動様式、運動パフォーマンスと筋電図を再び記録し、投与前との比較を行う。また、視床にユニット記録用の電極と薬物の局所投与を行うためのチューブが一体となった電極を刺入し、gabazineやリバウンド興奮をブロックする薬剤を局所投与したときの運動パフォーマンスの変化と筋電図の記録も行う予定である。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
国際誌への論文掲載まで完了することを予定していたが、まだ投稿中であり掲載料の支払いを行っていないため、その他の支出が減少した。
また、当初の予定では、筋電図電極の埋め込み手術を行うことを予定していたが、５月に延期したため、消耗品費が減少した。
現在論文投稿中であるため、掲載が確定した後に支払い手続きを行う。
また、５月初旬に筋電図電極の埋め込み手術を予定しているため、電極素材はすでに発注、入手した。
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Research Products
(4 results)
