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

阐明从基底神经节和小脑到大脑皮层的信息传递所发挥的运动控制功能

• 批准号: 19J21922
• 负责人: 吉田 恵梨子
• 金额: $ 1.79万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2019
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2019-04-25 至 2022-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-19J21922/
• 关键词: 意思決定; 運動視床; 大脳皮質運動野; カルシウムイメージング; 運動野; 神経科学; 大脳基底核

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。

申请人假设“基底神经节和小脑产生的不同的运动计划信息将合并并集成在高等运动皮层（M2）中”。到去年，使用无监督的聚类和回归进行分析表明，投射到M2上的运动丘脑轴突甚至在移动开始之前都保留了决策所需的信息。今年，申请人构建了一个模型，该模型模仿动物的行为选择，并预测动物本身认为在运动计划中会有的内部功能。通过将预测的内部功能与神经活动进行比较，我们对运动丘脑轴突持有的运动计划信息的性质进行了详细的分析。结果，发现运动丘脑轴突中的神经活动保留了与运动开始前后特定内部功能相关的组件。此外，在运动开始之前和之后，使用光遗传学来促进运动丘脑轴突活性，这改变了动物选择的行为。这表明电动机丘脑所拥有的电动机计划信息在锻炼开始之前和之后充当行为选择信息。此外，通过使用一个结合了光遗传学神经活动操纵和钙成像的实验系统，我们研究了运动丘脑和M2细胞躯体之间的神经活动联系，并建议运动丘脑可以通过投射到特定的M2细胞种群上并控制其活性来影响运动丘脑。研究结合了丘脑轴突活性的测量和控制以及行为建模，表明有必要在M2中汇总和集成运动，并与基底神经节和小脑产生的运动计划信息。

项目成果

Value information that affects decision making is transmitted from the thalamus to the motor cortex.

影响决策的价值信息从丘脑传输到运动皮层。

• 发表时间: 2019
• 作者: E. Yoshida;K. Nakae;K. Kobayashi;S. Ishii;M. Matsuzaki
• 通讯作者: M. Matsuzaki