マカクザル運動野のオプトジェニック刺激によって誘発された前肢運動

Forelimb movements evoked by optogenetic stimulation of the macaque motor cortex.

• Hidenori Watanabe
• Hiromi Sano
• Satomi Chiken
• Kenta Kobayashi
• Yuko Fukata
• Masaki Fukata
• Hajime Mushiake
• Atsushi Nambu

抄録

オプトジェネティクスは脳機能の研究に欠かせないツールとなっています。特に、霊長類以外の動物は、人間の脳機能や機能異常を理解する上で有用なモデルであるが、霊長類以外の動物へのオプトジェネティクスの応用はまだ限られている。本研究では、ユビキタスCAGプロモーターの制御下でチャネルロドプシン-2(ChR2)を発現させるための有効なアデノ随伴ウイルスベクター血清型DJを作製し、マカクザルの一次運動野の前肢領域に注入した。ChR2は注入部位周辺で強く発現しており、自家製オプトロードを介したオプトジェニック皮質内マイクロスティミュレーション（oICMS）は、顕著な皮質活動を誘導する。シングルパルス、短時間のoICMSでさえ、皮質ニューロンの長時間にわたる反復的な発火を誘発する。さらに、oICMSは、従来の電気的ICMSと同等の前肢運動と筋活動を誘発する。本研究は、霊長類のニューロン活動や行動をオプトジェニックに操作するための障害を取り除いたものである。

Optogenetics has become an indispensable tool for investigating brain functions. Although non-human primates are particularly useful models for understanding the functions and dysfunctions of the human brain, application of optogenetics to non-human primates is still limited. In the present study, we generate an effective adeno-associated viral vector serotype DJ to express channelrhodopsin-2 (ChR2) under the control of a strong ubiquitous CAG promoter and inject into the somatotopically identified forelimb region of the primary motor cortex in macaque monkeys. ChR2 is strongly expressed around the injection sites, and optogenetic intracortical microstimulation (oICMS) through a homemade optrode induces prominent cortical activity: Even single-pulse, short-duration oICMS evokes long-lasting repetitive firings of cortical neurons. In addition, oICMS elicits distinct forelimb movements and muscle activity, which are comparable to those elicited by conventional electrical ICMS. The present study removes obstacles to optogenetic manipulation of neuronal activity and behaviors in non-human primates.