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学部・大学院

生理学

生理学は、細胞、組織、そして臓器が生体で、どのような仕組みで機能しているのかを明らかにする学問である。その中でも本講座は、神経系を中心に教育・研究を行っている。脳の働きを解明するには、電気的な信号の伝導や、神経伝達物質による化学的伝達・信号の修飾の機序のミクロなレベルでの研究に加え、それらがどのように「回路として機能し」、「実際の精神活動や行動に結び付くのか」を明らかにするシステムレベルの解明が不可欠である。講座では、ヒトと脳の構造が近い霊長類を用い、行動計測・電気生理学実験・薬理行動学の手法を組み合わせ、この困難だが興味深い問題に取り組んでいる。現在の主なテーマは、情動や記憶、注意が行動を変化させるメカニズムである。また、臨床系講座との共同研究も重視し、眼球運動等の計測による情動・認知過程の評価を試みている。最終的には脳で繰り広げられる計算の一般普遍的なprincipleを発見できることを夢見ている。

脳で繰り広げられる計算原理をネットワークとして解明する

運動、知覚、記憶、情動、意識といった知的生命体の本質を担う私たちの脳。この脳の情報処理機構を明らかにする方法として、電気的な信号の伝導や、神経伝達物質による化学的伝達・信号の修飾の機序の、ミクロなレベルでの研究に加え、それらが「どのように多数の脳部位から成るネットワークとして機能」し、「実際の心理活動や行動に結び付くのか」というシステムレベルの解明が不可欠です。 私たちは、ヒトと脳の構造が近い霊長類を使って高次脳機能のメカニズムを調べています。これまで、従来の神経細胞活動記録や薬理学的操作に加え、ウイルスベクターを用いた伝達物質・経路・時間選択的な介入操作などの新手法を積極的に取り入れるとともに、霊長類ならではの眼球運動や自律神経反応などヒトと共通の情動や認知機能指標の同時測定システム構築に成功しています。このシステムを用いて、スタッフは情動による意思決定変化、社会的認知機能、液体粘性知覚など、困難だが興味深い各々のテーマについて日々取り組んでいます。最終的には脳で繰り広げられる情報処理の普遍的原理の発見を目指しています。

現在の研究テーマ

現在の研究テーマ

ストレスによる行動変化の神経メカニズムの解明

 我々は心理的ストレスを感じると、通常簡単なはずの行動がうまく行えなくなります。一方、このような状況に打ち勝つしくみも持ち合わせています。本研究の目的は、ストレスによって誘発される不適切な行動への生体応答が、どのような神経メカニズムによって行われているのかを解明することです。行動の制御や学習には大脳基底核を含む神経回路が重要であることが知られており、また、この部位には解剖学的にストレス反応に重要とされる前頭前野や扁桃体からの入力があります。我々は、動物に異なるストレスの強度下で眼球運動を使った視覚刺激選択課題を遂行させ、ストレス下で不適切な選択が生じる状況を作ることに成功しました。また、ストレスなどの情動を瞳孔径・顔面温度などの自律神経反応でモニターするシステムを開発しました。この動物モデルにおいて眼球運動制御に関わる大脳基底核の尾状核ニューロンの発火の強さを計測したところ、ストレス存在下で放電活動が変化するものが見つかりました。これらのニューロンの活動が強いと適切な視覚刺激選択、弱いと不適切な選択が起きる傾向にありました。尾状核はストレス存在下において、そのストレスに抗して不適切な行動を抑制し、正しい選択を行うために重要な役割を担っていることが示唆されます。現在、尾状核の発火の変化を引き起こすメカニズムを、尾状核に投射するドーパミンとセロトニンの作用を中心に明らかにしています。

背側縫線核における情動と行動の情報処理機構の解明

 我々の精神活動を支える「情動」は、生体にとってどのような役割を果たしているのでしょうか?私たちはこの謎を、情動と行動との関わり合いという観点から解き明かそうとしています。過度のストレスなど、負の情動下に置かれると、それまで無意識に行っていた行動がぎこちないものに変化したり、合理的な判断が行えず、誤った行動を取ったりします。モノアミン系神経伝達物質のひとつであるセロトニンは、情動との深い関わりが指摘されています。私たちは、脳内のセロトニン神経細胞の大部分が脳幹部の背側縫線核に局在することに注目し、異なる情動下において意思決定行動が変化する際の背側縫線核ニューロンの神経活動の変化を解析しています。また、光遺伝学的アプローチによる高い時間・空間解像度の介入実験により、情動が行動を変化させるメカニズムの解明にも挑んでいます。神経精神疾患治療薬に高い頻度で用いられているセロトニンの機能の解明を目指しています。

社会的情動情報処理における大脳辺縁系の役割の解明

 我々が多くの人と関わる社会の中で他人と適切な関係を維持するためには、高度に発達した脳機能を必要とします。大脳辺縁系に属する扁桃体は、古くより恐怖のような負の情動情報に強く応答することが知られてきました。対人場面で過剰に緊張する社交不安障害患者が、恐怖表情に対して健常者より大きな扁桃体応答を示すことや、オキシトシンというホルモンを鼻から吸った人は、扁桃体の活動が抑えられるとともに、他人への信頼度が増すように、扁桃体は対人関係を築くことに大きな役割を担っていると考えられています。 また、近年では扁桃体が報酬という正の情動情報の処理にも関わることが知られるようになってきています。例えば、サルの実験では、扁桃体は、自分に対する報酬だけでなく、他個体に対する報酬にも応答することが明らかになっています。私たちは、ヒトと同様に複雑な社会の中で生活するサルを対象に、他個体刺激を提示したうえで、扁桃体ニューロン応答を細胞外記録し、その応答様式を解析します。扁桃体が社会的情動情報を処理する仕組みの解明を目指しています。

大脳高次視覚野における液体粘性知覚の神経機構

 私たちが日常的に目にしている世界は、網膜で検出された情報が大脳視覚野で処理されることでリアルに知覚されます。これまで物の形状や色、動きなどの単純な視覚情報がどのように大脳視覚野で処理されているかはわかってきましたが、見ているものの素材や光沢感、液体粘性などの複雑な質感情報がどのように脳で表現されているのかはわかっていませんでした。同じ色や形、動きであっても素材が違えば価値や意味合いが変わってくるため、質感は物の価値や判断にとって重要な要素であると言えます。私たちは動きのなかに含まれる質感情報に焦点を当て、液体らしさや粘性がどのようにして検出されているのかを、神経細胞レベルで明らかにしようとしています。同じ動きの成分を含む運動刺激であっても、より液体らしいドロッとした動きに選択的に反応する神経細胞がどの視覚領野にあるのかを実験的に検証します。また、記録した神経活動がどの程度数理モデルで説明できるかを検証することで、物体認識の神経ネットワークの解明を目指します。
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〒573-1010 枚方市新町二丁目5番1号
関西医科大学 生理学講座
nakamkae@hirakata.kmu.ac.jp
中村加枝

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医学部 生理学講座
大学院医学研究科 医科学専攻 認知脳科学

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