運動の速度や周期を決定する脳内機構の解析

分析决定运动速度和周期的大脑机制

基本信息

批准号：
22K06491
负责人：
道川貴章
金额：
$ 2.75万
依托单位：
Institute of Physical and Chemical Research
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

脳の活動には様々な周波数帯成分が含まれている。一方、脳の出力である運動にも様々な周波数成分が含まれているが、両者の関係は必ずしも明らかではない。本研究では、超広視野マクロ顕微鏡と蛍光共鳴エネルギー移動（FRET）型の蛍光カルシウムセンサーyellow camelon2.60を組み合わせたマウス全脳（大脳皮質および小脳皮質背側全域）のニューロン活動を光学的に計測する手法をもとに、独立成分分析により機能セグメント（同期した自発発火を起こすニューロンの集団）を同定することで、従来用いられてきた脳波計測等では困難であった「大脳皮質および小脳皮質の機能単位（セグメント）毎に各周波数帯のパワーと位相を高精度に計測する手法」を確立した。この手法を用いて、給水口を舐めて水を飲むリッキング動作中のマウスの脳活動を計測し、運動に伴って活動が変化する周波数帯及びそれらが観察される大脳皮質及び小脳皮質の領域の同定を試みた。その結果、リッキングのリズムを含む複数の周波数帯の脳活動において、同じ周期で連続して実行されるバースト状のリッキング動作の開始時に大脳皮質および小脳皮質の広範な領野でニューロンの活動が特定の位相に揃うことを見出した。さらに、ベイズ推定を用いることで、これらの領野の脳活動からリッキングが開始される時刻を解読可能であることを明らかにした。以上の結果により、自発的な運動の開始の決定に、大脳皮質および小脳皮質の広範な領野の複数の周波数帯の活動が関与していることが示唆された。

大脑活动包括各种频带成分。另一方面，运动作为大脑的输出，也包含各种频率成分，但两者之间的关系并不一定明确。在这项研究中，我们使用了超广角显微镜和荧光共振能量转移（FRET）型荧光钙传感器基于使用 Camelon 2.60 光学测量整个小鼠大脑（整个背侧大脑皮层和小脑皮层）神经元活动的方法，我们使用独立成分分析对功能片段（引起同步自发放电的神经元组）进行了分析。开发了一种精确测量大脑皮层和小脑皮层每个功能单元（段）的每个频段的功率和相位的方法，这是传统脑电图测量难以建立的。利用这种方法，我们通过舔进水口的方式测量了小鼠在舔饮水动作时的大脑活动，并分析了活动随运动变化的频段以及观察到这些变化的大脑和小脑皮层区域。我试图识别它。结果，在包括舔的节律在内的多个频带的大脑活动中，我们发现大脑和小脑皮质的广泛区域的神经元活动在同一周期连续进行的爆发式舔动作开始时是特定的我发现它们的相位一致。此外，通过使用贝叶斯估计，我们发现可以根据这些区域的大脑活动来破译舔舐开始的时间。这些结果表明，大脑和小脑皮层广泛区域的多个频带的活动参与决定随意运动的启动。