霊長類小脳ー大脳皮質回路における認知・感覚・運動機能への小脳入力の役割解明

阐明小脑输入对灵长类小脑-大脑皮层回路中认知、感觉和运动功能的作用

基本信息

批准号：
22KJ0153
负责人：
別府薫
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2023
资助国家：
日本
起止时间：
2023-03-08 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

本研究では、小脳ー大脳の神経連絡が動物の認知行動に及ぼす影響を調べる。小脳は、大脳皮質と連携しながら、運動の学習や制御といった役割を担うのみならず、認知機能にも関与する。霊長類を用いた解剖学的研究から、大脳皮質のほぼ全体が、それぞれ小脳の異なる領域と神経ループを形成していることが示されている。しかし、小脳から大脳皮質への神経作用が、大脳皮質の神経活動や動物の運動行動にどのような役割を担うのか、明らかではない。そこで本研究では、認知行動タスクを行うサルから大脳皮質の神経活動を電気記録し、小脳核を光刺激によって神経活動亢進させた場合の、大脳皮質の発火パターン変化や脳波同期性の変化について調べる。本年度は、小脳神経核を特異的に刺激するために、小脳核の上方に位置する後頭葉から電気記録用の針電極を下ろし、小脳皮質、小脳核の領域を特定する手法を確立した。また、ウイルス感染法によって小脳核に光感受性CHR2を発現させる手法を確立した。現在は1頭のサルにおいて、頭蓋骨上にチャンバー留置し、チャンバー内の骨を開頭する手術を行った。そのサルを用いて、小脳核へ針電極を下して電気記録する実験を行っている。また、大脳皮質の各層に局在する神経細胞を多数同時記録して解析するために、Kilosort, Phy、Matlabを駆使した解析手法を確立した。スパイクソーティング法や相互相関解析法を用いることにより、大脳皮質の各層における神経発火パターンが、動物の感覚・運動の情報処理にどのような機能をもつのか、小脳からの入力を光操作した場合にどのようなモジュレーションがかかるのかを今後明らかにする。

在这项研究中，我们研究了小脑-大脑神经连接对动物认知行为的影响。小脑与大脑皮层配合，不仅发挥运动学习和控制的作用，还参与认知功能。灵长类动物的解剖学研究表明，几乎整个大脑皮层与小脑的不同区域形成神经环路。然而，目前尚不清楚从小脑到大脑皮层的神经影响在大脑皮层的神经活动和动物的运动行为中发挥什么作用。因此，在这项研究中，我们对执行认知行为任务的猴子的大脑皮层神经活动进行了电记录，并研究了当小脑核受到光刺激以增加神经活动时大脑皮层的放电模式和脑电波同步性的变化。今年，为了特异性刺激小脑核，我们建立了一种通过降低针电极从位于小脑核上方的枕叶进行电记录来精确定位小脑皮质和小脑核的方法。我们还建立了一种利用病毒感染方法在小脑核中表达光敏CHR2的方法。目前，在一只猴子的头骨上放置了一个腔室，并进行开颅手术以打开腔室内的骨头。我们正在利用这些猴子进行实验，将针状电极放入小脑核并进行电记录。此外，我们还建立了使用Kilosort、Phy和Matlab的分析方法，同时记录和分析位于大脑皮层各层的大量神经元。通过使用尖峰排序方法和互相关分析方法，我们将能够确定大脑皮层各层的神经放电模式在动物的感觉和运动信息处理中具有什么功能，以及来自小脑的输入何时被光学接收。我们将揭示未来将应用什么样的调制。

项目成果

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专利数量（0）

Synaptic pruning through glial synapse engulfment upon motor learning

运动学习时通过神经胶质突触吞噬进行突触修剪

DOI：
10.1038/s41593-022-01184-5
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
25
作者：
Morizawa Yosuke M.;Matsumoto Mami;Nakashima Yuka;Endo Narumi;Aida Tomomi;Ishikane Hiroshi;Beppu Kaoru;Moritoh Satoru;Inada Hitoshi;Osumi Noriko;Shigetomi Eiji;Koizumi Schuichi;Yang Guang;Hirai Hirokazu;Tanaka Kohichi;Tanaka Kenji F.;Ohno Nobuhiko;Fukazawa
通讯作者：
Fukazawa

Optogenetic stimulus-triggered acquisition of seizure resistance

光遗传学刺激触发获得癫痫抵抗

DOI：
10.1016/j.nbd.2021.105602
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
6.1
作者：
Shimoda Yoshiteru;Beppu Kaoru;Ikoma Yoko;Morizawa Yosuke M.;Zuguchi Satoshi;Hino Utaro;Yano Ryutaro;Sugiura Yuki;Moritoh Satoru;Fukazawa Yugo;Suematsu Makoto;Mushiake Hajime;Nakasato Nobukazu;Iwasaki Masaki;Tanaka Kenji F.;Tominaga Teiji;Matsui Ko
通讯作者：
Matsui Ko

Graded sign inversion via inhibitory networks in cerebellar cortex

通过小脑皮层抑制网络进行分级符号反转