「運動制御・運動記憶における大脳ー小脳動的連関の解明とその操作」

円滑な運動の発現およびその獲得には、多くの脳領野間相互作用とその可塑的変化が必須である。特に、大脳運動関連領野と小脳がなす「大脳―小脳連関」が中心的な役割を果たしており、それらの領野間相互作用について、古くから数多くの実験的および理論的研究がなされてきた。しかしながら、大脳―小脳連関による運動制御の詳細と運動の学習メカニズムについて完全に理解されているとは言いがたい。本研究では、in vivo ２光子イメージング・光遺伝学による神経活動操作などの最新技術を駆使して、脳の運動機能を担う大脳―小脳連関の構造と機能の全容解明を目指す。我々は、これまで小脳の感覚運動情報処理における機能モジュールのはたらきを明らかにするために、２光子イメージングとパッチクランプ法を用いた、単一細胞および細胞集団レベルの機能解析を行ってきた。特に、生きた個体で小脳機能モジュールを可視化できるマウスを用いて、その細胞構築やモジュール同士の機能的カップリングが感覚運動情報処理に重要であることを示してきた。本研究では、このような各小脳機能モジュールが大脳と機能的ループを形成し、それらの間のカップリングや入出力情報を柔軟に変化させることで、感覚情報処理や運動学習を実現していることを明らかにしたい。まず、チャネルロドプシンを用いた経頭蓋光刺激法によって、大脳―小脳間の機能的結合を網羅的に明らかにする。次に、マウス個体における２光子カルシウムイメージングを用いて、運動課題実行中のマウス大脳運動関連領野および小脳において運動情報がどのように符号化され、記憶として蓄積されていくのかを明らかにする。最終的には、大脳運動関連領野と小脳における活動の同時記録および光遺伝学的手法による運動の外部制御、運動記憶の書き込みによって、運動の実行および運動記憶の獲得における、大脳―小脳の動的相互作用を直接解明する。

 

 
最近の主要論文
1. Tsutsumi S, Yamazaki M, Miyazaki T, Watanabe M, Sakimura K, Kano M, Kitamura K (2015) Structure-function relationships between aldolase C/zebrin II expression and complex spike
synchrony in the cerebellum. J Neurosci 35:843-852.
2. Inoue M, Takeuchi A, Horigane SI, Ohkura M, Gengyo-Ando K, Fujii H, Kamijo S, Takemoto-Kimura S, Kano M, Nakai J, Kitamura K, Bito H (2015) Rational design of a high-affinity, fast, red
calcium indicator R-CaMP2. Nat Methods 12:64-70.
3. Tada M, Takeuchi A, Hashizume M, Kitamura K, Kano M (2014) A highly sensitive fluorescent indicator dye for calcium imaging of neural activity in vitro and in vivo. Eur J Neurosci
39:1720-1728.
4. Kitamura K, Häusser M (2011) Dendritic calcium signaling triggered by spontaneous and sensory evoked climbing fiber input to cerebellar Purkinje cells in vivo. J Neurosci 31:10847-10858.

投稿日:2015年12月20日