運動学習制御研究チーム

新しい運動技術を習得するには、練習を繰り返し獲得された記憶を蓄積することが重要です。当研究チームは、脳が技を習得する本体が、小脳の神経回路に備わっている神経伝達可塑性「長期抑圧(LTD)」であるという仮説の実験的検証を試みてきました。その結果、(1)数時間程度の練習で生じ運動学習の記憶はLTDによって形成され、小脳皮質に貯えられます。(2)練習が数日程度に及ぶと、運動学習の記憶は、小脳皮質の出力先である小脳(前庭)核に移動し、そこで長期の記憶として固定されます。(3)さらにLTDはこの記憶痕跡の移動にも重要な役割を演じているという所見を得ました。現在は、この記憶痕跡の移動のメカニズムを探索しています。さらに、このようにして形成された記憶痕跡が、日常の随意運動のルールコントロールにどのように利用されているかを、霊長類の随意眼球運動を用いて検討しています。

研究テーマ

• 小脳の運動記憶の獲得と固定化の神経機構
• 長期運動記憶の形成に関与する生理活性物質の探索
• 眼球運動および手の運動における小脳の運動学習の機能的役割

主要論文

1. Todaka H, Tatsukawa T, Hashikawa T, Yunagawa Y., Shibuki K, Nagao S.:
   "Heterotrimetric guanosine triphosphate-binding protein-coupled modulatory actions of Motilin on K+ channels and postsynaptic γ-aminobutyric acid receptors in mousemedial vestibular nuclear neurons."
   Eur J Neurosci 37, 339-350 (2013)
2. Yamazaki T, Nagao S.:
   "A computational mechanism for unified gain and ttiming controlin the cerebellum."
   PLoS ONE 7, e33319 (2012)
3. Hirono M, Saitow F, Kudo M, Suzuki H, Yanagawa Y, Yamada M, Nagao S, Konishi S, Obata K.:
   "Cerebellar globular cells receive monoaminergic excitation and monosynaptic inhibition from Purkinje cells."
   PLoS ONE 7, e29663 (2012)
4. Okamoto T, Endoh S, Shirao T, Nagao S.:
   "Cerebellar cortical protein synthesis-dependent transfer of memory trace underlies the spacing effect in motor learning."
   J Neurosci 31, 8958-8966 (2011)
5. Honda T, Yamazaki T, Tanaka S, Nagao S, Nishino T.:
   "Stimulus-dependent state transition between synchronized oscillation and randomly repetitive burst in a spiking model of the cerebellar granular layer."
   PLoS Comput Biol　7, e1002087 (2011)
6. Dinh Le T, Shirai Y, Okamoto T, Tatsukawa T, Nagao S, Shimizu T, Ito M.:
   "Lipid signaling in cytosolic phopholipase A2α-cyclooxygenae-2 cascade mediates cerebellar long-term depression and motor learning."
   Proc Nat Acad Scii USA　107, 3198-3203 (2010)
7. Endo S, Shutoh F, Tung LD, Okamoto T, Ikeda T, Suzuki M, Kawahara S, Yanagihara D, Yamada K, Kirino Y, Hartell NA, Yamaguchi K, Itohara S, Nairn A, Greengard P, Nagao S, Ito M.:
   "Dual involvement of G-substrate in motor learning revealed by gene deletion."
   Proc Nat Acad Scii USA　106, 3525-3530 (2009)
8. Ohki M, Kitazawa H, Hiramatsu T, Kaga K, Kitamura T, Yamada J, Nagao S.:
   "Role of primate cerebellar hemisphere in voluntary eye movement control revealed by lesion effects."
   J Neurophysiol 101, 934-947 (2009)
9. Hiramatsu T, Ohki M, Kitazawa H, Xiong G, Kitamura T, Yamada J, Nagao S.:
   "Role of the cerebellar lobulus petrosus paraflocculus in smooth pursuit eye movement control revealed by chemical lesion."
   Neurosci Res 60, 250-258 (2008)
10. Shutoh, F, Ohki, M, Kitazwa, H, Itohara, S, and Nagao, S.:
    "Memory trace of motor learning shifts transsynaptically from cerebellar cortex to nuclei for consolidation."
    Neuroscience, 139, 767-777 (2006)