「文脈依存的な行動シフトを実現する大脳皮質運動回路の解明」

動物は環境に適応することによって、異なった状況に応じて全く同じ行動を発現することもあるし、同じ状況においても異なった行動を発現することもある。大脳皮質においては運動の主たる最終出力領域は一次運動野であり、この運動野に対して状況に応じて異なった信号が入力しても同一の出力パターンに収斂することもあり、一方で同一の信号が入力されても状況に応じて異なった出力パターンに分岐する、と考えらえる。そこで、その運動野への入力活動、運動野多層構造での細胞活動、脊髄への出力活動を２光子カルシウムイメージングによって計測し、これらの活動の関連性を単一細胞レベルと細胞集団レベルで明らかにする。また発現した運動も高精度に計測して、神経細胞活動と行動との連関をより精緻に調べていくことを目標とする。具体的には、私たちがこれまで開発してきた、前肢を用いてレバーを操作するというマウスの運動課題において、異なった文脈時に同一のレバー運動を発現する必要がある課題や、同一の文脈において異なったレバー運動を発現する必要がある課題を構築する。課題遂行中に、一次運動野に入力する神経活動がどのようなものか、これらが異なっている場合に、どのような一次運動野内での処理を経て同一の運動を発現するための皮質出力層での細胞活動が生成されるか、などを高速３次元２光子イメージング法で計測し、解析を行う。このためにカルシウム感受性蛍光タンパク質をマウス運動野全体に発現させる系を確立する。また光遺伝学法を用いて、運動野へ入力する細胞活動や運動野での細胞活動に擾乱を加えた場合に、細胞集団活動はどのように変化するのか、また安定するのか、最終的にどのような運動が発現されるのかを明らかにすることを試みたい。

 

 
最近の主要論文
1. Hira R, Ohkubo F, Masamizu Y, Ohkura M, Nakai J, Okada T, Matsuzaki M (2014) Reward-timingdependent bidirectional modulation of cortical microcircuits during optical single-neuron
operant conditioning. Nat Commun 5: 5551.
2. Masamizu Y, Tanaka YR, Tanaka YH, Hira R, Ohkubo F, Kitamura K, Isomura Y, Okada T, Matsuzaki M (2014) Two distinct layer-specific dynamics of cortical ensembles during learning of a
motor task. Nat Neurosci 17: 987-994.
3. Hira R, Ohkubo F, Ozawa K, Isomura Y, Kitamura K, Kano M, Kasai H, Matsuzaki M (2013) Spatiotemporal dynamics of functional clusters of neurons in the mouse motor cortex during a
voluntary movement. J Neurosci 33: 1377-1390.

投稿日:2015年12月20日