大脳基底核・小脳から大脳皮質への情報伝達が担う運動制御機能の解明

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申請者は、「大脳基底核・小脳が生成した異なる運動企画情報は高次運動野 (M2) において集約・統合される」という仮説を立て研究をおこなっている。昨年度までに教師なしクラスタリングや回帰などを用いて解析することで、M2に投射する運動視床軸索が運動開始の前から意思決定に必要な情報を保持することが明らかとなった。本年度において、申請者は動物の行動選択を模倣したモデルを構築し、動物自身が運動企画時に持つと考えられる内部関数の予測を行った。予測した内部関数と神経活動との比較を行うことで、運動視床軸索が保持する運動企画情報の性質について詳細な解析を行った。その結果、運動視床軸索の神経活動は、運動開始前後にある特定の内部関数と相関した成分を保持することが明らかとなった。また、光遺伝学を用いて、運動開始前後の運動視床軸索の活動を促進したところ、動物が選択する行動が変化した。このことから、運動視床が持つ運動企画情報は運動開始前後に行動選択情報として機能することが明らかとなった。さらに、光遺伝学的な神経活動操作とカルシウムイメージングを組み合わせた実験系を用いることで、運動視床とM2細胞体の神経活動連関について検証を行ったところ、運動視床は特定のM2細胞集団に投射しその活動を制御することで、運動実行に影響を及ぼすことが示唆された。これらの視床軸索活動の計測と制御、さらに行動モデリングを組み合わせた研究から、大脳基底核・小脳が生成した運動企画情報がM2において集約・統合されることが運動実行に必要であるということが明らかとなった。