教員の研究紹介
西丸 広史

認知・情動脳科学専攻 Major of Cognitive and Emotional Neuroscience

情動行動のための感覚-運動統合機構の解明
Neuronal mechanisms for sensorimotor integration underlying emotional behavior
Hiroshi Nishimaruシステム情動科学 System Emotional Science
西丸 広史 Hiroshi Nishimaru

研究の背景と目的 Background and Purpose of Study

これまでに運動を司る神経のしくみを明らかにすることを目的に、歩行運動の際の基本的な筋活動パターンを形成する脊髄の神経回路の作動機構とその発達形成について、 遺伝子改変マウスを用いた電気生理学的・組織形態学的アプローチによって機能解析を行ってきました。その結果、神経回路を構成する抑制性ニューロンや興奮性ニューロンを新たに同定し、 それらが歩行運動の発現に重要な役割を担っていることを見出しました。現在は、高次の脳部位が外環境からの感覚情報と統合してどのように運動回路を制御することによって情動行動を発現しているのかを明らかにすることを目指して研究を進めております。


Our work has been devoted to understanding the neuronal mechanisms of movement, namely locomotion in mammals. Through multidisciplinary approaches to dissect the spinal network motor system using the genetically engineered mouse model, we identified spinal interneurons constituting the locomotor network and revealed part of the prenatal developmental mechanisms of spinal motor circuit. Our work now is focused on the interaction between the sensori-motor circuit and higher brain regions generating emotional behavior. Our goal is to understand mechanism of the sensorimotor integration generating movements to express emotion.

本研究の領域横断性

私たちは、哺乳類をモデル動物とした中枢神経系のin vivo, in vitroの電気生理学的解析のスペシャリスト集団でもあります。精神疾患の病態モデル動物をはじめとした様々な動物の機能解析の共同研究が可能です。

研究内容

1. 脳幹における情動と関連した感覚-運動統合機構

現在、マウスを用いて情動に関連する行動課題を遂行中の個体において、脳幹の運動と感覚を統合する領域のニューロンの活動の記録および光遺伝学を用いたニューロン活動へのリアルタイムの介入実験を行っています。

2. 歩行異常を示す遺伝子改変マウスの機能解析

私たちの神経回路は発達期に神経細胞同士が様々な分子の働きによってある程度決まったルールに則ってそれぞれが機能的に結合して形成されることで意味のある回路出力を生み出すことができます。最近私たちは、 脊髄内において本来軸索を同側に投射するニューロンが混線して反対側に投射してしまう遺伝子改変マウスを用いた生理学的・形態学的解析から、(1)マウスの歩行運動発現においては、 大脳皮質から脊髄に直接下行する皮質脊髄路の軸索投射の異常はマウスの歩行パターンにはほとんど影響を及ぼさず、大脳皮質からの入力が歩行運動の筋活動パターンの生成にはあまり大きな役割を担っていないこと、 (2)脊髄の同側に投射する一部の興奮性ニューロンが反対側に誤って投射すると異常歩行が見られることを明らかにしました。この表現型は脊髄に局在する歩行回路の異常に起因している可能性が高く、 一部の脊髄興奮性ニューロンが歩行運動の発現および正常の回路形成に重要な役割を担っていることが明らかになりました。

参考文献

  1.  Borgius L*, Nishimaru H* (co-first authors), Caldeira V, Kunugise Y, Low P, Reig R, Itohara S, Iwasato T, Kiehn O. Spinal glutamatergic neurons defined by EphA4 signaling are essential components of normal locomotor circuits. Journal of Neuroscience 34:3841-3853, 2014
  2.  Shimomura H, Ito M, Nishiyama A, Tanizawa T, Takeshima Y, Nishimaru H*, Arata A*(co-corresponding authors). Glycine plays a crucial role as a co-agonist of NMDA receptors in the neuronal circuit generating body. Neuroscience Research 97:13-9, 2015
  3.  Kobayashi R*, Nishimaru H*(co-first, co-corresponding author), Nishijo H. Estimation of excitatory and inhibitory synaptic conductance variations in motoneurons during locomotor-like rhythmic activity. Neuroscience. 335:72-81, 2016
  4.  Jargalsaikhan U, Nishimaru H, Matsumoto J, Takamura Y, Nakamura T, Hori E, Kondoh T, Ono T, Nishijo H. Ingestion of dried-bonito broth (dashi) facilitates PV-parvalbumin-immunoreactive neurons in the brain, and affects emotional behaviors in mice. Nutritional Neuroscience 21:1-16, 2016
  5. Dinh HT, Nishimaru H, Matsumoto J, Takamura Y, Le QV, Hori E, Maior RS, Tomaz C, Tran AH, Ono T, Nishijo H. Superior Neuronal Detection of Snakes and Conspecific Faces in the Macaque Medial Prefrontal Cortex. Cerebral Cortex. 2017 May 11:1-15.
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