運動学習に伴うラット脳マクロ構造変化の生物学的基盤の解明

阐明与运动学习相关的大鼠大脑宏观结构变化的生物学基础

基本信息

批准号：
15K21652
负责人：
堀祐樹
金额：
$ 1.58万
依托单位：
Institute of Physical and Chemical Research (2016-2018)National Center of Neurology and Psychiatry (2015)
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2015
资助国家：
日本
起止时间：
2015-04-01 至 2019-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-15K21652/
关键词：
オペラント学習 VBM 学習ラット PET MRI Voxel based morphometry

项目摘要

様々な技能や知識を新しく学習、獲得することは脳の重要な役割の一つであり、そのため脳には、技能や知識を獲得すべく変化する働き、すなわち「神経可塑性」が備わっている。そして、学習に伴い、組織学的手法による細胞レベルでの変化やMRIによる脳構造変化が生じることが明らかにされているが、脳マクロ構造と細胞レベルでの変化を同時に評価した報告はほとんどなく、脳マクロ構造変化の生物学的基盤は不明である。本研究では、ラットを対象に、オペラントレバー引き運動課題を学習させ、MRIを用いることで学習により可塑的変化が生じている領域を明らかにし、それら領域において組織学手法を用いることで、脳構造変化の生物学的背景を明らかにする。本研究ではまず、げっ歯類用オペラントレバー引き学習パラダイムを用いて、音刺激とレバー引きの連合学習によりどの領域に体積変化が生じるかを特定した。20匹の雄性ロングエバンスラットを対象に実験を行った。Kimuraらが開発したげっ歯類用オペラントレバー引き学習装置を用いて、音刺激とレバー引きの連合学習を3日間訓練した(3hours/day)。その日の最大の音刺激に対するレバー引き率(Maximum correct response rate: MCRR)を学習の程度を示す指標とした。また3日間の学習前後のMRIを撮像し、テンプレートへの標準化等の前処理を行った後、学習に伴い脳体積変化が生じている部位を特定した。3日間の訓練により、すべてのラットは最大OCRRが85%以上を示しており音刺激に対するレバー引き運動学習が成立したと考えられる。また3日間の学習により小脳において有意な体積変化が確認された。当該領域での、学習に伴い変化する細胞を特定するため、蛍光染色による定量評価を行うための基盤整備を行った。今後コントロール群と学習群においてどのような違いがあるかを検討する必要がある。

学习和获取新技能和知识是大脑的重要作用之一，因此大脑具有改变技能和知识的能力，即“神经可塑性”。已经揭示了使用组织学技术的细胞水平变化和由于MRI引起的大脑结构的变化，但是很少有报道同时评估脑部宏观结构和细胞水平的变化，并且脑部宏结构变化的生物学基础尚不清楚。在这项研究中，对大鼠进行了训练以训练操作杆拉动运动任务，MRI用于阐明由于学习而发生塑料变化的区域，并在这些领域使用组织学技术来阐明大脑结构变化的生物学背景。在这项研究中，我们首先使用啮齿动物杠杆拉力学习范式来确定由于声音刺激和杠杆拉力的关联学习而导致的体积变化。该实验是对20名男性长埃文斯大鼠进行的。 Kimura等人开发的啮齿动物操作杆拉力学习装置经过三天的训练，用于合并的声音刺激和杠杆拉力（3小时/天）。当天最大的声音刺激的最大正确响应率（MCRR）用作指示学习程度的指数。此外，对学习前后三天的学习成像进行了成像，并进行了预处理，例如进行标准化为模板，并确定了由于学习而检测到大脑体积变化的区域。经过三天的训练，所有大鼠的最大OCRR均为85％或以上，据信，可以实现杠杆拉动运动学习。此外，经过三天的学习，小脑在小脑中得到了重大变化。为了确定随着该领域的学习变化的细胞，我们为使用荧光染色的定量评估建立了基础。有必要考虑将来对照组和学习组之间存在哪些差异。