脳損傷後の機能回復:分子からシステムまでの統合的研究

脑损伤后的功能恢复：从分子到系统的综合研究

• 批准号: 20019042
• 负责人: 肥後 範行
• 金额: $ 3.07万
• 依托单位: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• 财政年份: 2008
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2008 至 2009
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20019042/
• 关键词: 精密把握; 運動皮質; 巧緻動作; 運動訓練; 脳機能イメージング; リハビリテーション; 遺伝子発現; 皮質脊髄路

脊髄に損傷を受けると手足の麻痺が生じるが、その後に運動機能の回復が見られることがある。機能回復の背景として、大脳皮質レベルの神経活動変化による機能代償がある(Nishimura Y, et al,2007)。このような神経活動の変化を実現するために、大脳皮質において神経回路の再編成が生じていると考えられる。ただし、脊髄損傷後に大脳皮質レベルで神経回路の再編成が生じているという知見はこれまでにほとんど得られていなかった。本研究では回復過程で生じる神経回路の変化を調べるため、神経突起の伸長に関わるタンパクであるGAP-43の遺伝子発現に着目した。すなわち、サル皮質脊髄路損傷後の機能回復過程におけるGAP-43遺伝子の発現変化を、大脳皮質運動関連領野において解析した。その結果、皮質脊髄路の損傷を受けたサルでは、回復時に両半球の第一次運動野(M1)のII-III層に存在する興奮性ニューロンにおいてGAP-43遺伝子の発現上昇がみられた。またM1のV層に存在する大型ニューロンでも、両側性に発現の上昇がみられた。さらに運動前野腹側部(PMv)や第一次体性感覚野(S1)においてもII-III層のニューロンでGAP-43遺伝子の発現上昇がみられた。これらの結果は、M1とPMv、S1を含む運動関連領野間の皮質問投射、および第一次運動野から皮質下への投射を担う神経細胞で可塑的な変化が生じていることを示す。本研究成果は、脊髄損傷後に大脳皮質レベルの神経回路再編成が実際に生じており、それが機能代償に関与していることを示唆するものである。今後は回復過程で生じる投射レベルの変化や、神経回路変化を引き起こす遺伝子発現動態を明らかにしていく予定である。

脊髓损伤会导致四肢瘫痪，但随后运动功能可能会恢复。功能恢复的背景是由于大脑皮质水平的神经活动变化而产生的功能补偿（Nishimura Y等，2007）。为了实现神经活动的这种变化，人们认为大脑皮层中会发生神经回路的重组。然而，到目前为止，人们对脊髓损伤后大脑皮层水平发生神经回路重组的情况知之甚少。在这项研究中，我们重点关注 GAP-43（一种参与神经突生长的蛋白质）的基因表达，以研究恢复过程中神经回路的变化。具体来说，我们分析了猴皮质脊髓束损伤后功能恢复过程中大脑皮层运动相关区域GAP-43基因的表达变化。结果，在皮质脊髓束受损的猴子中，在恢复期间，位于两个半球初级运动皮层 (M1) II-III 层的兴奋性神经元中观察到 GAP-43 基因的表达增加。在位于 M1 V 层的大神经元中也观察到双侧表达增加。此外，在腹侧前运动皮层 (PMv) 和初级体感皮层 (S1) 的 II-III 层神经元中观察到 GAP-43 基因表达增加。这些结果表明，负责运动相关区域（包括 M1、PMv 和 S1）之间的皮肤投射以及从初级运动皮层到皮层下的投射的神经元发生塑性变化。这项研究的结果表明，脊髓损伤后实际上发生了大脑皮层水平的神经回路重组，并且这与功能代偿有关。未来，我们计划阐明恢复过程中发生的投射水平的变化以及导致神经回路变化的基因表达动态。

项目成果

Selective expression of SPPI in the corticospinal neurons of highly dexterous primate species.

SPPI 在高度灵巧灵长类动物皮质脊髓神经元中的选择性表达。

• 发表时间: 2009
• 作者: 山本竜也;他
• 通讯作者: 他

Changes in regional brain activities involved in recovery of dexterous hand movements after lesion of the primary motor cortex : PET study with macaque monkeys.

初级运动皮层损伤后参与灵巧手部运动恢复的区域大脑活动的变化：对猕猴的 PET 研究。

• 发表时间: 2009
• 作者: 村田弓;他
• 通讯作者: 他

SPP1 is selectively expressed in the large pyramidal neurons in layer V of the macaque sensorimotor cortex.

SPP1 在猕猴感觉运动皮层 V 层的大锥体神经元中选择性表达。

• 发表时间: 2008
• 作者: 肥後範行;他
• 通讯作者: 他

Neural substrates for the training-induced recovery of manual dexterity after primary motor cortex lesion in macaque monkeys.

猕猴原发性运动皮层损伤后训练诱导的手灵活性恢复的神经基质。

• 发表时间: 2009
• 作者: 肥後範行;他
• 通讯作者: 他

Changes in regional brain activities involved in the manual dexterity task after lesion of the monkey primary motor cortex

猴子初级运动皮层损伤后参与手工敏捷任务的区域大脑活动的变化

• 发表时间: 2008
• 作者: 村田弓;他
• 通讯作者: 他