共同研究・競争的資金等の研究課題

本研究は神経伝達物質のグルタミン酸とノルアドレナリンが、脳を構成する最も主要なグリア細胞であるアストロサイトの生理学的な応答を介して協調的に働き、脳血流制御を担っているのではないかという仮説を検証することを試みた。 平成26年度としては、グルタミン酸とノルアドレナリンがアストロサイトの生理学的な変化に対して協調的に働くかどうかについて2光子顕微鏡イメージング法とマウス急性脳スライス法を用いたin vitroの実験系で検討を進めた。その結果、グルタミン酸とノルアドレナリンがアストロサイトの生理学的な変化に対し、アドレナリン受容体のサブタイプ依存的な協調作用を示すことが示唆された。一方、ここ数年で急性脳スライス法による実験は血流がないために脳血管の反応を十分に調べられない可能性が示唆され始めており、in vivoの実験系を導入することが急務であると考えられた。そこで、平成27年度としては実験手法として新たに覚醒動物を用いたin vivoの研究手法を導入することで更なる研究の発展を試みた。in vivo の研究手法を導入するに当たり運動学習中の大脳皮質一次運動野（M1）に着目し、マウス右前肢レバー引き学習試験中のM1での2光子顕微鏡イメージングと薬物の局所投与を組み合わせる実験系の開発に取り組んだ。薬物をM1に限定的に投与するために、M1にガイドカニューラを設置したマイクロポンプによる薬物投与を導入した。この時の脳血管の変化を2光子顕微鏡で観察するための開頭手術を行い、ガラスを設置した。カニューラから蛍光物質のAlexa 594をマイクロポンプによって投与した結果、ポンプから排出された蛍光物質の拡散が観察されたことから、M1に対する限定的な薬物処理を行いつつ脳血管の変化の変化をin vivoでリアルタイムに観察することができる可能性を示した。

本研究では学習によって形成される習熟運動が特定の神経細胞の神経活動として長期に安定に符号化されているかを検証してきた。その結果、習熟運動が時間経過に対し安定であること、さらにそのときの大脳皮質一次運動野 5a層の神経活動が安定であることを示唆する結果を得た。今年度はこれまでに得られた知見に関連した新たな知見を得るべく検証を進めた。具体的には習熟運動の学習に関連する分子メカニズムに関する検証を行った。また、習熟運動と大脳皮質一次運動野 5a層の神経活動の関係を細胞選択的な抑制・破壊実験を用いて検証した。 習熟運動の学習に関連する分子メカニズムに関する検証として記憶・学習に重要な要素の一つであることが示唆されているNMDA受容体に着目した検証を行った。マウスが自発レバー引き運動課題を学習する訓練期間にNMDA受容体特異的な阻害薬を投与した結果、課題の学習が阻害された。このことから、習熟した運動を学習する分子メカニズムの一つとしてNMDA受容体が関与していることが示唆される。 習熟運動と大脳皮質一次運動野 5a層の神経集団活動の関係性を検証するために細胞選択的な抑制・破壊実験を導入した。大脳皮質5a層特異的にCre遺伝子を発現するマウスの運動野前肢領域にアデノ随伴ウイルスによってCre依存的に特定のタンパク質を発現させることによって、光遺伝学による神経活動抑制またはジフテリアトキシンによる細胞死を誘発させる。これらの細胞選択的な抑制・破壊実験によって、大脳皮質一次運動野5a層の神経活動を特異的に抑制・破壊した場合に習熟運動がどのような影響を受けるかについて検証を進めている。 今後これらの検証をさらに進め、大脳皮質一次運動野 5a層の神経集団活動と習熟運動の長期安定性についての知見を深めて研究成果を報告するための準備を進める。