Elucidation of neural mechanisms underlying predictive motor control in the cerebellum

阐明小脑预测运动控制的神经机制

基本信息

批准号：
22H03500
负责人：
窪田慎治
金额：
$ 10.98万
依托单位：
National Center of Neurology and Psychiatry
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2026-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

身体運動の制御および運動学習において小脳は重要な役割を果たす。四肢の協調運動は小脳が体性感覚を指標に身体の状態予測を行うことで実現していると考えられているが、この体性感覚情報の処理を担う神経機構は明らかにされていない。本研究は小脳に伝達される固有感覚情報を手掛かりに、行動学、電気生理学、光および化学遺伝学的手法を用いて、小脳を介した予測的な運動の制御に固有感覚フィードバックが果たす役割について検証を行う。具体的には、マカクサルを対象に、上肢の固有感覚の一次中継核である延髄副楔状束核の神経活動を随意運動中に記録し、運動中に小脳が受け取る固有感覚情報を明らかにするとともに、光遺伝学的手法を用いた介入操作により、延髄楔状束核への遠心性入力を抑制することで、その感覚情報を用いた小脳を中心とした運動制御機構の動作原理を理解することを目的とする。研究期間の初年度である2022年度は、主に実験個体であるマカクサルの行動訓練ならびに化学遺伝学的手法（DREADDs）を用いた大脳皮質ー楔状束核間における神経活動の操作方法の確立を行った。マカクサルの行動訓練に関しては、すでに3頭の個体で訓練が終了し、大脳皮質・脳幹部からの神経活動を記録するための外科的手術に取り掛かっている。遺伝学的手法を用いた神経活動の操作技術の確立に関しては、2頭の個体においてアデノ随伴ウイルスベクター(AAVベクター)を用いて標的部位への遺伝子導入を行い、実験手法の確立を進めている。今後は、外科的手術が終了した個体から順次、覚醒行動下における延髄楔状束核の神経活動を記録する。また、慢性記録実験に並行し、DREADDsを用いた大脳皮質ー楔状束核間の神経活動の操作を可能にする実験手法の確立を目指す。

小脑在控制身体运动和运动学习中起着重要作用。四肢的协调运动被认为是通过小脑利用体感指标预测身体状态来实现的，但负责处理这种体感信息的神经机制尚未阐明。这项研究采用行为学、电生理学、光学和化学遗传学方法，以传输到小脑的本体感觉信息为线索，研究本体感觉反馈在通过小脑的预测性运动控制中的作用。具体来说，在猕猴中，我们将记录延髓旁锥核（上肢本体感觉的主要中继核）在随意运动过程中的神经活动，以通过抑制小脑在运动过程中接收到的本体感觉信息。通过使用光遗传学技术干预楔形髓核的传出输入，我们的目的是利用感觉信息来了解以小脑为中心的运动控制机制的工作原理。 2022财年，即研究期的第一年，我们将主要对实验猕猴进行行为训练，并建立一种利用化学遗传方法操纵大脑皮层和楔形束之间的神经活动的方法（DREADDs）。在猕猴的行为训练方面，三只猕猴的训练已经完成，正在进行手术以记录大脑皮层和脑干的神经活动。关于利用遗传方法操纵神经活动的技术的建立，我们正在通过使用腺相关病毒载体（AAV载体）将基因导入两个个体的靶位点来建立实验方法。将来，我们将从接受手术的个体开始，记录清醒行为期间楔形髓质核的神经活动。此外，与慢性记录实验并行，我们的目标是建立一种实验方法，允许使用 DREADD 操纵大脑皮层和楔形束之间的神经活动。