Elucidation of neural mechanisms underlying predictive motor control in the cerebellum

身体運動の制御および運動学習において小脳は重要な役割を果たす。四肢の協調運動は小脳が体性感覚を指標に身体の状態予測を行うことで実現していると考えられているが、この体性感覚情報の処理を担う神経機構は明らかにされていない。本研究は小脳に伝達される固有感覚情報を手掛かりに、行動学、電気生理学、光および化学遺伝学的手法を用いて、小脳を介した予測的な運動の制御に固有感覚フィードバックが果たす役割について検証を行う。具体的には、マカクサルを対象に、上肢の固有感覚の一次中継核である延髄副楔状束核の神経活動を随意運動中に記録し、運動中に小脳が受け取る固有感覚情報を明らかにするとともに、光遺伝学的手法を用いた介入操作により、延髄楔状束核への遠心性入力を抑制することで、その感覚情報を用いた小脳を中心とした運動制御機構の動作原理を理解することを目的とする。研究期間の初年度である2022年度は、主に実験個体であるマカクサルの行動訓練ならびに化学遺伝学的手法（DREADDs）を用いた大脳皮質ー楔状束核間における神経活動の操作方法の確立を行った。マカクサルの行動訓練に関しては、すでに3頭の個体で訓練が終了し、大脳皮質・脳幹部からの神経活動を記録するための外科的手術に取り掛かっている。遺伝学的手法を用いた神経活動の操作技術の確立に関しては、2頭の個体においてアデノ随伴ウイルスベクター(AAVベクター)を用いて標的部位への遺伝子導入を行い、実験手法の確立を進めている。今後は、外科的手術が終了した個体から順次、覚醒行動下における延髄楔状束核の神経活動を記録する。また、慢性記録実験に並行し、DREADDsを用いた大脳皮質ー楔状束核間の神経活動の操作を可能にする実験手法の確立を目指す。

身体運動の制御および運動学習において小脳は重要な役割を果たす。四肢の協調運動は小脳が体性感覚を指標に身体の状態予測を行うことで実現していると考えられているが、この体性感覚情報の処理を担う神経機構は明らかにされていない。本研究は小脳に伝達される固有感覚情報を手掛かりに、行動学、電気生理学、光および化学遺伝学的手法を用いて、小脳を介した予測的な運動の制御に固有感覚フィードバックが果たす役割について検証を行う。具体的には、マカクサルを対象に、上肢の固有感覚の一次中継核である延髄副楔状束核の神経活動を随意運動中に記録し、運動中に小脳が受け取る固有感覚情報を明らかにするとともに、光遺伝学的手法を用いた介入操作により、延髄楔状束核への遠心性入力を抑制することで、その感覚情報を用いた小脳を中心とした運動制御機構の動作原理を理解することを目的とする。研究期間の初年度である2022年度は、主に実験個体であるマカクサルの行動訓練ならびに化学遺伝学的手法（DREADDs）を用いた大脳皮質ー楔状束核間における神経活動の操作方法の確立を行った。マカクサルの行動訓練に関しては、すでに3頭の個体で訓練が終了し、大脳皮質・脳幹部からの神経活動を記録するための外科的手術に取り掛かっている。遺伝学的手法を用いた神経活動の操作技術の確立に関しては、2頭の個体においてアデノ随伴ウイルスベクター(AAVベクター)を用いて標的部位への遺伝子導入を行い、実験手法の確立を進めている。今後は、外科的手術が終了した個体から順次、覚醒行動下における延髄楔状束核の神経活動を記録する。また、慢性記録実験に並行し、DREADDsを用いた大脳皮質ー楔状束核間の神経活動の操作を可能にする実験手法の確立を目指す。