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３　 認知行動機能の解明

3.1 総括

生理学研究所において脳機能のシステム的理解を主な研究領域としているのは上記3部門であり、感覚・認知・行動・運動といった高次神経機能やそれに関係する意志、注意さらに意識といった問題についての理解を得るために研究を行なっている。それぞれの研究室で独自の研究を行なっているが、共通して取り組んでいる課題も多い。第一は高次脳機能をテーマとし、神経活動を直接記録し、解析している。そのため、脳活動を侵襲的に計測する上で他に代替のないすぐれたヒトのモデル動物であるサルを実験動物として用いている。また神経活動の記録方法としては、従来の電気生理学的手法に加え、さまざまな方法を組み合わせることが有効であると考えられ、実際、取り組まれている。

感覚認知情報部門は視知覚および視覚認知の神経機構を研究対象としており、主に行動しているサルの視覚野からニューロン活動を記録し、視覚情報の脳内表現や行動の認知制御のメカニズムを調べている。これらの実験を進める上で知覚の内容を厳密に検討することは重要であり、視覚心理物理分野との連携は不可欠であり、多くの心理物理研究者と密接なコンタクトを持ちながら研究を進めている。また微小電極法に加えてサルにfMRIを適用し、脳活動の可視化に成功している。

認知行動発達機構研究部門では、眼球のサッケード運動と手指の精密把持運動を対象として、関係する神経回路の構造と機能やその神経回路の損傷後の機能代償機構について研究を進めている。特にサルにおいて皮質脊髄路の損傷モデルにおける手指の精密把持運動の機能回復における大脳皮質運動関連領域の機能について行動解析、電気生理学、PETによる脳機能イメージングおよび遺伝子発現解析を組み合わせて、統合的な研究を展開して特筆すべき成果をあげている。一方中脳上丘の局所神経回路を解析する研究も着実に進展しており、細胞・回路レベルとシステムレベルをつなぐ研究として展開している。

生体システム研究部門では，随意運動の脳内メカニズムを明らかにするために，正常な動物における大脳基底核を中心とした運動関連脳領域の構造と働き，大脳基底核疾患の運動障害症状の発現の仕組み，さらにそのような障害の治療メカニズムなどについて研究を行なっている。そのためにニューロン活動記録に加え、神経解剖学的手法や，特定の神経経路の機能を調べるため，薬物注入などにより，その経路を一時的にブロックする方法も併用している。更にパーキンソン病やジストニアなどの大脳基底核疾患モデル動物から神経活動の記録を行うと共に，ヒトの定位脳手術の際の神経活動のデータを解析することにより、症状が発現するメカニズムを調べている。これらの研究は新たな治療の開発につながるものと期待される。

3.2 展望

いずれの研究室においても固有の問題について、着実に研究が進展しており知覚や行動、運動制御のシステムレベルでの理解につながる成果が得られるものと期待される。総括のはじめに周辺領域との関係が重要であることを述べたが、その点に関して大きな動きが本年度から始まってきている。平成20年度よりブレイン・マシーン・インターフェイス(BMI)の研究や、ウィルスベクターを用いて霊長類の脳での遺伝子発現を操作して高次脳機能の解明を目指す研究を支援する脳科学研究戦略推進プログラムが立ち上げられ、認知行動発達機構研究部門と生体システム研究部門が中心的な研究室として参画することになった。BMIの研究では工学系・理論系・臨床系の研究者との共同研究、ウィルスベクターを用いた研究では、ウィルス学者や分子遺伝学者との共同研究により、更に幅広い実験や解析技術を用いて研究が発展するものと思われる。

また感覚認知情報研究部門が立ち上げてきたfMRIのサルへの適用は、広い脳領域で特定の刺激や行動に関わる活動をマッピングする上で極めて有効な手段であり、高次脳機能研究に広く応用可能で、微小電極法とfMRIを組み合わせた研究が国際的に始まり新しい成果を生みつつある。生理学研究所は動物実験のできるMRI装置があるという国内では数少ない環境であり、将来的に共同利用の一つの有力なリソースとして期待される。

3.3 対応策

システム分野ではこれまでも異分野との連携研究は推進してきたが、脳科学研究戦略推進プログラムの立ち上げに伴い急速に加速する必要が生じてきている。そのためには共同研究者との間での密な連携体制を構築することや、部門内に異分野連携研究を中心になって推進する研究者を配置し研究室のメンバーが円滑に協力しあえるような体制を整えていくことも必要であろう。また現在動物センター内にウィルスベクターを用いた研究が行えるスペースの整備を進めているが、これが順調に機能し、共同利用施設として利用可能となるように整備を継続することも重要である。

fMRI実験に関しては、生理学研究所MRI装置はヒトの実験が中心的な用途であり、動物実験に使用できる時間は非常に限られている。またもともとヒトの頭部用のため開口部の直径が小さく、小さめのサルしか使えないなど制約も大きい。この方法の有効性を考慮すると、３Tのより大口径のMRI装置を現行機に併設することが強く望まれる。７T以上の高磁場や、縦型など新しいMRI装置も開発されつつあるが、安定した性能が得られノウハウの積み重ねがあるなど、世界的にみて従来の横型３Tの装置で多くの成果があがっていることからも、３Tの大口径MRI装置の方が望ましい。