中脳の上丘は、眼球のサッケード運動(注視のための素早い眼の動き)の制御に関わる脳幹の中心的な構造で、その浅層には視神経と大脳皮質視覚野から視覚信号が入力し、反対側視野の秩序だったマップを形成しています。そして中間・深層は視覚以外の様々なモダリティの感覚入力を受け、脳幹や脊髄に運動出力を投射します。ここにはサッケード運動出力のベクトルマップが展開されています。これまで上丘と外部構造の結合関係はよく調べられてきましたが、私たちが詳細な解析を開始するまでは上丘の局所回路についてはあまりよくわかっていませんでした。
そこで私たちは中脳の上丘の局所神経回路を主にげっ歯類の脳スライス標本を用いて解析してきました。その結果、浅層から中間・深層に直接興奮性の経路があり、特に局所回路内のGABA作動性の抑制が減弱すると浅層からの信号でも中間・深層に強いバースト発火を誘発できること、このような短絡路を信号が通ることによって超短潜時のエクスプレスサッケードが誘発されることを示しました。
また、中間層から浅層には抑制性結合があり、サッケード中には視覚入力を遮断して、眼球運動の結果として次々とサッケードが起きることを防いでいること（いわゆるサッケード抑制）を明らかにしました。現在水平断切片を作成することに成功し、空間マップの構造を多チャンネル刺激と単一ニューロンのホールセル記録を用いることで浅層と中間層のマップ内での側方抑制の程度に大きな差があることを明らかにしました。他に、上丘内のGABA作動性細胞の分類、上丘に外部から入力する神経伝達物質系、たとえば浅層にparabigeminal nucleusから入力するコリン作動性系、脚橋被蓋核から入力するコリン作動性系、黒質網様部からのGABA系の作用についても解析を進めてきました。また、麻酔下のラットやサルでのフィールド電位の解析、現在では麻酔下マウスでのjuxta-cellular記録系での局所神経回路の解析も進めています。
また、マウスのサッケードの計測系、そしてin vivoでの上丘の神経集団の活動を同時記録するために2光子レーザー顕微鏡による実験系も立ち上げています。

(代表的発表論文)
原著
＊Kaneda K, Yanagawa Y, Isa T (2012) Transient enhancement of inhibition following visual cortical lesions in the mouse superior colliculus. European Journal of Neuroscience, in press.
＊Sooksawate T, Yanagawa Y, Isa T (2012) Cholinergic responses in GABAergic neurons in the intermediate gray layer of mouse superior colliculus. European Journal of Neuroscience, 36: 2440-2451.
* Phongphanphanee P, Mizuno F, Lee PH, Yanagawa Y, Isa T, Hall WC (2011) A circuit model for saccadic suppression in the superior colliculus. Journal of Neuroscience, 31: 1949-1954.
* Sooksawate T, Isa K, Behan M, Yanagawa Y, Isa T (2011) Organization of GABAergic inhibition in the motor output layer of the superior colliculus. European Journal of Neuroscience, 33: 421-432.
＊Kaneda K, Isa K, Yanagawa Y, Isa T (2008) Nigral inhibition of GABAergic neurons in mouse superior colliculus. Journal of Neuroscience, 28: 11071-11078.
＊Phongphanphanee P, Kaneda K, Isa T (2008) Spatio-temporal profiles of field potentials in mouse superior colliculus analyzed by multichannel recording. Journal of Neuroscience, 28: 9309-9318.
＊Kaneda K, Phongphanphanee P, Katoh T, Isa K, Yanagawa Y, Obata K, Isa T (2008) Regulation of burst activity through pre- and postsynaptic GABAB receptors in mouse superior colliculus. Journal of Neuroscience, 28:816-827.
＊Endo T, Tarusawa E, Notomi T, Kaneda K, Hirabayashi M, Shigemoto R, Isa T (2008) Dendritic Ih ensures high-fidelity spike responses of motion sensitive neurons in rat superior colliculus. Journal of Neurophysiology, 99: 2066-2076.
＊Sooksawate T, Isa K, Isa T (2008) Cholinergic responses in crossed tecto-reticular neurons of rat superior colliculus. Journal of Neurophysiology, 100: 2702-2711.
＊Lee PH, Sooksawate T, Yanagawa Y, Isa K, Isa T, Hall WC (2007) Identity of a pathway for saccadic suppression. Proceedings of National Academy of Sciences, USA 104: 6824-6827.
＊Endo T, Yanagawa Y. Obata K, Isa T (2005) Nicotinic acetylcholine receptor subtypes involved in facilitation of GABAergic inhibition in mouse superficial superior colliculus. Journal of Neurophysiology, 94:3893-3902.
＊Saito Y, Isa T (2003) Local excitatory network and NMDA receptor activation generate a synchronous and non-linear bursting command from the superior colliculus. Journal of Neuroscience, 23:5854-5864.
＊Saito Y, Isa T (1999) Electrophysiological and morphological properties of neurons in the rat superior colliculus. I. Neurons in the intermediate layer. Journal of Neurophysiology 82: 754-767.
＊Isa T, Endo T, Saito Y (1998) The visuo-motor pathway in the local circuit of the rat superior colliculus. Journal of Neuroscience 18: 8496-8504.
総説
* Kaneda K, Isa T (2010) The Superior Colliculus. In “Handbook of Microcircuits.” eds G. Shepherd. S. Grillner. Oxford Univ Press, pp311-316
＊Isa T, Hall WC (2009) Exploring the superior colliculus in vitro. Journal of Neurophysiology (review), 102: 2581-2593.
＊Sakatani T, Isa T (2008) Superior colliculus and saccade generation in mice. In “Eyes, Retina and Visual System of the Mouse” (eds Calupa Leo.M. & Willliams R), MIT Press, pp233-244.
＊Isa T & Sparks D (2006) Microcircuit of the Superior Colliculus: A Neuronal Machine that Determines Timing and Endpoint of Saccadic Eye Movements. Background paper for 93rd Dahlem Workshop on Microcircuits; The interface between Neurons and Global Brain Function, pp1-34.
＊Isa T (2002) Intrinsic processing in the mammalian superior colliculus. Current Opinion in Neurobiology, 12:668-677.
＊Isa T, Saito Y (2001) The direct visuo-motor pathway in mammalian superior colliculus; novel perspective on the interlaminar connection. Neuroscience Research, (update article) 41: 107-113.

(共同研究者)（敬称略）
柳川右千夫　群馬大学大学院医学系研究科
William C. Hall, Psyche Lee, Duke University Department of Neurobiology, USA
Douglas P. Munoz, Robert Marino, Queens Univ., Canada
Thongchai Sooksawate, Chulalongkorn Univ, Thailand