星和書店／脳の科学 23巻12号　抄録本文

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■特集

●大脳基底核をめぐる運動系ループの構造と機能
南部　篤
　大脳皮質―大脳基底核ループのなかの運動系ループに関して，投射様式と機能を総括した。まず，大脳皮質―線条体投射において情報が並列・分散的に処理されているか，収束・統合的に処理されているかを調べたところ，基本的には並列・分散処理が行われているが，部分的に情報の収束・統合が単一ニューロンレベルでも起こっていることがわかった。また，線条体―淡蒼球投射については同じように並列・分散処理が行われているが，線条体―黒質網様部投射においては情報の収束・統合がかなりの割合で起こっていると考えられる。さらに，従来の直接路，間接路に加えて，大脳皮質―視床下核―淡蒼球路（ハイパー直接路）も存在することがわかった。これらの結果に基づき，大脳基底核の機能を動的に理解することが可能になった。
key words:basal ganglia，cerebral cortex，striatum，globus pallidus，subthalamic nucleus

●条件付運動学習における大脳基底核の役割
稲瀬正彦
　条件付運動学習は，経験により，外界の手がかりに応じて適切な反応を選択し遂行することができるように学習することで，手がかりと反応との結びつきは多様で可変性があり，繰り返しにより行動の選択は自動的に行われるようになる。これまでに，大脳皮質運動前野と前頭連合野，海馬，大脳基底核などの関与が明らかにされている。この学習における大脳基底核の役割を解明するために，その出力部である淡蒼球内節の神経細胞活動を調べてみると，手がかり刺激の呈示と反応の遂行との間の遅延期に活動が変化していた。特に，未知の刺激を呈示した学習条件では，既知の刺激を呈示した対照条件に比べて，遅延期の活動変化が増強していた。この活動変化の増強は，特に未知の刺激が呈示されてまもない学習初期に顕著で，学習が進むにつれて減弱した。大脳基底核は，条件付運動学習の初期に，新しい刺激と反応との結びつきの形成に重要な役割を果たしていると考えられる。
key words:basal ganglia, globus pallidus, conditional motor learning, arbitrary visuomotor association, neuronal activity

●大脳基底核による歩行と筋緊張の制御
高草木　薫，斎藤和也，幅口達也，大日向純子
　随意運動の発現には大脳皮質－基底核ループが関与する。一方，随意運動には姿勢反射や筋緊張，そして歩行リズムの調節など意識に上らない自動運動が随伴し，これらの制御に関与する基本的な神経機構は脳幹・脊髄・小脳に存在する。脳幹吻側部の中脳被蓋には歩行運動と筋緊張を調節する領域が存在し，大脳皮質由来の興奮性入力と基底核からの抑制性入力が収束する。したがって，筋緊張や歩行運動は，大脳皮質－基底核ループを経由する随意的制御と，これを経由しない基底核－脳幹系による自動的制御の双方を受ける可能性がある。随意運動の発現に際して大脳皮質－基底核ループで構成される運動プログラムが適切な運動に変換される過程には，基底核－脳幹系による無意識の調節が働くのであろう。基底核疾患における随意運動の発動障害や，筋緊張・歩行リズムの障害の背景には，基底核を中心とするこの２つの系の機能異常が存在すると考えられる。
key words:decerebrate preparation, substantia nigra, brainstem, automatic movements, parkinsonism

●線条体におけるシナプス可塑性研究の現状
青崎敏彦，三浦正巳，鈴木健雄，辛　龍文
　大脳基底核は大脳皮質－基底核連関の一部として，運動の遂行，企図，運動のイメージ，習慣形成などに関わるとされている。その基礎をなすのは言うまでもなくシナプス可塑性である。線条体におけるシナプス可塑性の研究も最初のCalabresiらの長期抑圧（long-term depression，LTD）報告から約10年が経過した。しかし，その様式と意味合いについては異論が多く，いまだに決着が着いていない。確かなのは，現象として長期増強（LTP）も長期抑圧（LTD）も起こり得るということだけである。この混乱の解決のためには，皮質－基底核連関全体のダイナミズムと個々の中継核における局所回路のダイナミズムを視点に入れた可塑性研究がぜひとも必要である。
key words:synaptic plasticity, dopamine, cortico-basal ganglia loop, interneuron, learning

●大脳基底核のリズムと視床下核
宋　文杰，大塚　岳
　大脳基底核の黒質ドーパミンニューロンの脱落によって生じるパーキンソン病患者において震顫という特徴的なリズミカルな不随意運動が見られる。最近，震顫と大脳基底核，特にその構成核の１つである視床下核のバースト活動とに相関があることが報告され，注目を集めている。また，組織培養標本において視床下核と淡蒼球外節部が一緒にペースメーカ活動を発生させ，それが震顫の神経基盤であると提唱されている。本稿では，大脳基底核におけるリズムの発生に焦点を当て，単一ニューロンから神経回路，そして個体レベルでの実験的な知見の概略を述べ，リズム発生のメカニズムと今後の研究の方向について考察する。
key words:oscillation, tremor, subthalamic neurons, basal ganglia

●前頭皮質における記憶機能の計算論的モデルと線条体神経活動解析への応用
深井朋樹，加藤英之，北野勝則
　前頭皮質は行動の構成において重要な役割を果たしており，ワーキングメモリーでの遅延期間活動や，１～２ミリ秒程度の精度をもつ神経発火の相関など，興味深い活動を示す。本稿ではこれらの活動の神経機構に関する我々の計算論的研究の結果を報告する。特にスパイク時間依存のシナプス可塑性を考慮し，同期発火鎖により事象の生起時間を記憶する神経機構を提案する。また大脳皮質－大脳基底核機能連関の神経基盤を理解する一歩として，皮質から線条体への同期入力を利用して，無麻酔下のサル線条体投射ニューロンの活動を，実験とシミュレーションで調べた結果を紹介する。
key words:working memory, synre chain, spike-timing-dependent plasticity, corticostriatal input, medium-sized spiny neuron

●ドーパミン神経伝達による大脳基底核機能制御の分子神経機構
－マウス分子遺伝学からのアプローチ－
佐野裕美，小林和人
　神経伝達物質ドーパミンは大脳基底核機能の制御において必須の役割を持つ。大脳基底核の中心である線条体にはドーパミンン入力を受ける種々のニューロンタイプが存在し，それぞれの活動は興奮性あるいは抑制性に調節される。ドーパミンの作用は５種類の異なる受容体サブタイプによって媒介される。ドーパミンによる大脳基底核の機能調節の機構を理解するためには，線条体における神経回路網の作動原理を明らかにする必要がある。Immunotoxin細胞標的法（immunotoxin-mediated cell targeting，IMCT）は，脳の神経回路から特定のニューロンタイプを除去し，目的のニューロンの生理的役割を明らかにするために有効なアプローチを提供する。本研究では，IMCTを利用してドーパミンD 受容体（DR）を含有する線条体ニューロンの除去を誘導し，線条体におけるD Rサブタイプの局在とこのサブタイプを含有するニューロンの運動制御における役割を解析した研究を紹介する。
key words:dopamine neurotransmission, indirect pathway, striatopallidal neuron, cholinergic interneuron, immunotoxin-mediated cell targeting

●大脳基底核におけるシナプス前ドーパミン受容体の機能
籾山俊彦
　中枢シナプスにおける主要な伝達物質であるグルタミン酸およびGABAの遊離を制御するシナプス前ドーパミン受容体の機能が，大脳基底核シナプスを中心として明らかになってきた。２つのドーパミン受容体タイプであるD タイプ，D タイプがともにシナプス前受容体として機能し，多くのシナプスでは伝達物質遊離を抑制的に制御している。線条体のシナプス前D タイプ受容体については，シナプス前抑制のイオン機構も明らかになった。これまで不明であったために考慮されていなかったシナプス前ドーパミン受容体の役割を組み込んだ上で，大脳基底核ネットワーク機構を再構築する必要があると考えられる。
key words:dopamine, presynaptic, D1-like receptors, D2-like receptors, N-type calcium channels

●脳機能イメージングでみるパーキンソン病の運動と思考
本田　学
　脳機能イメージングはシステム神経科学の有力な武器として広く用いられているが，狭い領域に興奮性と抑制性の両者の神経回路が集中する大脳基底核では，神経活動に関連した信号を局所脳血流の変化として検出することが困難なことが多い。したがってパーキンソン病をはじめとする大脳基底核疾患の脳機能賦活検査では，病変部位と密接な神経連絡をもつ大脳皮質の賦活パターンから間接的に病態生理を推測するのが一般的である。パーキンソン病の運動障害は，外来性の刺激に反応する場合に，驚くほどの改善を認めることがある。患者が進行方向に対して垂直に引かれた線をまたぎながら歩行する場合には，そうでない歩行をする時にくらべ，外側運動前野の活動が有意に増大した。この部位の神経活動は，患者が複雑な運動を遂行する時，健常者に比較して有意に増大しており，大脳基底核―補足運動野系の機能不全に対するなんらかの代償機構を果たすことが示唆される。また運動制御の要素を取り除いた心内表象の認知的操作課題を行わせると，患者では健常者にくらべ，認知的操作速度が有意に低下していたが，心内表象の種類によって障害の程度に差が認められた。すなわち大脳基底核―補足運動野の活動に強く関連した言語表象を用いた課題の場合，外側運動前野の活動に強く関連した空間表象を用いた課題にくらべ，障害の程度がより顕著であった。さらに認知的操作速度の低下は，大脳基底核の機能不全に密接に関与することが示された。これらの所見は，外側運動前野を含む神経回路と，大脳基底核－補足運動野を含む神経回路とが，運動制御のみならず，思考過程においても異なった役割を果たすことを示唆するものと考えられる。
key words:Parkinson disease, motor control, thought, bradyphrenia, kinesia paradoxale