オペラント学習進行に伴う大脳皮質－基底核回路における並列ループの機能シフトの解明

阐明大脑皮层基底神经节回路中平行环路随着操作性学习的进展而发生的功能转变

• 批准号: 15J00807
• 负责人: 相馬 祥吾
• 金额: $ 1.91万
• 依托单位: Tamagawa University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2015
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2015-04-24 至 2018-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-15J00807/
• 关键词: 目標指向行動; 習慣的行動; 大脳皮質-基底核回路; 機能シフト; 左右ペダル課題; 一次運動野; 二次運動野

動物は、学習により目的に応じた適切な行動を獲得し（目標指向行動）、その適切な行動はやがて習慣化する（習慣的行動）。この行動適応の進行に伴い、目標指向行動の形成を担う「前頭前野系ループ（前頭前皮質－背内側線条体ループ）」から習慣化への転換を担う「運動系ループ（感覚運動皮質－背外側線条体ループ）」への機能シフトが生じると考えられているが、その全貌は未解明のままである。機能シフトの解明には、大脳皮質-基底核回路において各脳領域を正確に同定した上で細胞外記録することが必須である。本研究では、高空間解像度で電極を操作可能であり、かつ、光遺伝学的手法などと組み合わせることも容易にできる頭部固定下動物を用いた実験系を構築した。初年度に確立した行動課題（左右ペダル課題）を利用し、「運動系ループ」への機能シフトが生じた後の運動野の神経細胞の対側・同側情報表現について調べた。この課題において、頭部固定されたラットは左右の前肢でペダルを適切に操作することで報酬を獲得する。ラットは左右のペダルを下方へ一定時間押し込み、その後、自発的に片方のペダルを選択する（ペダルから前肢を離す）ことで報酬を得る。課題には右ペダル－報酬ブロックと左ペダル－報酬ブロックの2つのブロックがあり、ラットは文脈依存的にペダルを選択する必要がある。これにより、ラットは左右の前肢を独立して動かすこととなり、「運動系ループ」の一部を担う運動野の神経細胞が対側・同側の情報をどのように表現しているかを明らかにすることができる。左右ペダル課題遂行中のラットの一次運動野と二次運動野から多細胞同時神経活動記録を行った結果、一次運動野の神経細胞は、対側の前肢の運動情報を表現しており、一方、二次運動野の神経細胞は前肢の運動を両側性に（対側・同側ともに）表現していることを明らかとした。

通过学习，动物获得适合其目标的适当行为（面向目标的行为），这些适当的行为最终成为习惯（习惯行为）。 As this behavioral adaptation progresses, it is thought that there will be a functional shift from the "prefrontal cortex-dorsomedial striatal loop" that is responsible for the formation of goal-directed behavior to the "motor loop (sensory motor cortex-dorsolateral striatal loop)" that is responsible for the formation of goal-directed behavior to habituation, but the full picture remains unclear.为了阐明功能偏移，必须准确地识别皮质 - 基质神经节回路中的每个大脑区域，然后细胞外记录。在这项研究中，我们使用头部下方的动物构建了一个实验系统，该系统可以在高空间分辨率下运行电极，并且可以轻松与光遗传学技术结合使用。使用第一年（左右踏板任务）建立的行为任务，我们调查了运动皮层中神经元的对侧和同侧信息表示，在向“电动环”进行功能转变后。 In this task, rats with fixed heads earn rewards by properly manipulating the pedals with the left and right forelimbs.大鼠将左右踏板向下推一段时间，然后自发选择一个踏板（从踏板上释放前肢）以获得奖励。该任务由两个块组成：右手奖励块和左Pedal-Reward块，大鼠必须依赖于踏板上下文。这使大鼠能够独立移动其左右前肢，从而揭示了运动区域中的神经元是“电动机环”，即表示对侧和同侧信息的一部分。由于记录了经历左右踏板任务的大鼠的主要和次要运动皮层的多细胞同时神经活性，因此发现主要运动皮层中的神经元代表对侧前肢的运动信息信息，而次要运动皮层中的神经元则表示次要运动的神经元，表达了前部的运动和均匀（两者都反应）。

项目成果

特集 記憶ふたたび 9.オペラント条件づけで脳を探る

特色：恢复记忆 9. 通过操作性条件反射探索大脑

• DOI: 10.11477/mf.2425200396
• 发表时间: 2016
• 期刊: 生体の科学
• 作者: Takao M;Takada M;Ogata K;Suzuki M;Yoshida y Mihara B;Ito S;Nogami A;Funabe S;Hatsuta H;Kawai M;Murayama S,. Haga T;Kitamoto T.;相馬 祥吾，川端 政則，礒村 宜和
• 通讯作者: 相馬 祥吾，川端 政則，礒村 宜和

前脳基底部コリン作動性システムの長期記憶想起への貢献

基底前脑胆碱能系统对长期记忆检索的贡献

• 发表时间: 2015
• 作者: 相馬 祥吾;末松 尚志;苅部 冬紀;藤山 文乃;七五三木聡
• 通讯作者: 七五三木聡

前肢協調運動の神経基盤を探るための新規行動課題

探索前肢协调神经基础的新颖行为任务

• 发表时间: 2016
• 作者: 相馬祥吾;齊木愛希子;吉田純一;川端政則;酒井裕;礒村宜和
• 通讯作者: 礒村宜和