運動学習に内在する大脳皮質運動野神経回路と可塑的変化の形態－機能連関

大脑皮层运动皮层运动学习固有的神经回路和可塑性变化的形式功能关系

• 批准号: 17J04137
• 负责人: 孫 在隣
• 金额: $ 2.58万
• 依托单位: National Institute for Physiological Sciences
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2017
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2017-04-26 至 2020-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-17J04137/
• 关键词: 大脳皮質運動野; 運動学習; シナプス可塑性; 光学・電子顕微鏡相関解析; ATUM-SEM法; 運動野; 学習; 錐体細胞; 光学顕微鏡; 電子顕微鏡

動物は生後、学習を通じて外的環境に順応する。我々は、自転車の運転技術獲得などを通じ、学習早期には注意深い試行錯誤を繰り返し、徐々に運動が自動化・無意識化していくことを日常で経験している。運動学習中にみられる一連の動作の最適化・効率化は、中枢神経系での神経回路の可塑的変化の結果であると考えられる。我々は大脳皮質運動野第5層錐体細胞に着目し、それが受ける興奮性入力を形態学的に観察・定量化した。錐体細胞の樹状突起には棘突起（スパイン）が存在し、主に一つの興奮性シナプスを形成することが知られている。第5層錐体細胞に蛍光蛋白質を発現する遺伝子改変マウスを用い、生体2光子顕微鏡観察を行うと、スパインを視認することが可能である。このマウスを用い、前肢を用いた運動学習課題を与え、その成功率を評価すると同時に2光子顕微鏡下でスパイン動態を観察した。これにより、運動学習に伴って多くの新生スパインが観察された。スパインが受ける興奮性入力源を定めるため、2光子顕微鏡観察したマウスの固定脳薄切標本を作成し、さらに4重免疫組織化学を施した。このpost hoc免疫組織化学により、新生スパインへのシナプス入力前軸索終末が、皮質錐体細胞由来か視床細胞由来かを弁別することが可能となった。この手法により、運動学習の経過とそれによる新規の興奮性シナプス結合の出現との相関を観察したところ、皮質入力を受けるスパインと視床入力を受けるスパインとでは、i) 学習早期での新生頻度　ii) 新生後の長期残存率　が大きく異なることがわかった。このことは、皮質－皮質間連絡と視床－皮質投射結合とが運動学習において異なる役割を果たしていることを示唆する結果であった。さらに電子顕微鏡を使った微細構造の解析や化学遺伝学的検証を加え、現在論文投稿準備中である。

After birth, animals learn that を communicate with the environment outside じて に follow 応する. I 々 は, from planning vehicles の transport planning technology for な ど を じ, early learning に は note deep い pilot error を Qiao り return し and xu 々 に movement が automation, unconsciously turn し て い く こ と を daily で 経 験 し て い る. Motor learning in に み ら れ る の action の in a row, optimization services, rate of the は, central god 経 で の god 経 loop の result の plastic variations of で あ る と exam え ら れ る. The に and それが morphology of the fifth layer pyramidal cells in the motor field of the 々 and 脳 large 脳 cortex was に観 and それが examined by the ける excitatory force を and quantified by た た. Cone cells の dendritic protrusions に は spines protrusions (ス パ イ ン) が し, Lord に one つ の excitatory シ ナ プ ス を form す る こ と が know ら れ て い る. 5 layer pyramidal cells に 蛍 light protein を 発 now す る heritage 伝 child change - マ ウ ス を い, 2 photon 顕 micro mirror body line 観 examine を う と, ス パ イ ン を visual cognition す る こ と が may で あ る. こ の マ ウ ス を を use い い, forelimbs た を and え, motor learning subject そ の success を review 価 す る と に 2 at the same time the photon 顕 micro microscopically で ス パ イ ン dynamic を 観 examine し た. Youdaoplaceholder2 れによ に, sports and learning に accompanied by って, many く く, new students スパ く が観 が観 cha された. ス パ イ ン が by け る excitatory set into force source を め る た め and examines two photon 顕 micro mirror 観 し た マ ウ ス の fixed 脳 cut thin specimen を し, consummate さ ら に 4 heavy immunohistochemical を shi し た. こ の post hoc immunohistochemical に よ り, newborn ス パ イ ン へ の シ ナ プ ス into force front axle line terminal が, cortex pyramidal cell origin か bed cell origin か を chemical don't す る こ と が may と な っ た. こ の gimmick に よ り, motor learning の 経 too と そ れ に よ る new rules の excitatory シ ナ プ ス combining の appear と の phase masato を 観 examine し た と こ ろ, cortex を into force け る ス パ イ ン と depending on bed を into force by け る ス パ イ ン と で は, I) learning early で の new frequency ii) After the freshmen, the <s:1> long-term residual rate が is large が く is different from なる なる とがわ った った った った. こ の こ と は, cortex - contact と coriaceous bed - cortical projection combined と が motor learning に お い て different な る "を cut fruit た し て い る こ と を in stopping す る results で あ っ た. さ ら に electronic 顕 micromirror を make っ た fine-structure の parsing や chemical but 伝 learn 検 を plus え, now in the paper submitted to prepare で あ る.

项目成果

Large Volume Electron Microscopy and Neural Microcircuit Analysis.

• DOI: 10.3389/fncir.2018.00098
• 发表时间: 2018
• 期刊: Frontiers in neural circuits
• 影响因子: 3.5
• 作者: Kubota Y;Sohn J;Kawaguchi Y
• 通讯作者: Kawaguchi Y

Network plastic changes in the primary motor cortex as the basis of a new motor skill acquisition.

初级运动皮层的网络可塑性变化是获得新运动技能的基础。

• 发表时间: 2020
• 作者: Kubota Y;Sohn J;Suzuki M;Hatada S;Youssef M;Larkum ME;Kawaguchi Y.
• 通讯作者: Kawaguchi Y.

A carbon nanotube tape for serial-section electron microscopy of brain ultrastructure.

• DOI: 10.1038/s41467-017-02768-7
• 发表时间: 2018-01-30
• 期刊: Nature communications
• 影响因子: 16.6
• 作者: Kubota Y;Sohn J;Hatada S;Schurr M;Straehle J;Gour A;Neujahr R;Miki T;Mikula S;Kawaguchi Y
• 通讯作者: Kawaguchi Y

Max-Planck Institute for Brain Research/Max-Planck Institute of Neurobiology/ZEISS Microscopy Customer Center Europe(Germany)

马克斯普朗克脑研究所/马克斯普朗克神经生物学研究所/蔡司显微镜欧洲客户中心（德国）

ATUMtome 用の新開発テープと高解像画像用組織処理法

新开发的 ATUMtome 磁带和高分辨率图像的组织处理方法

• 发表时间: 2017
• 作者: 窪田芳之;孫在隣;畑田小百合;川口泰雄
• 通讯作者: 川口泰雄