光遺伝学的な軸索活動の観察と操作による持続的注意を司る神経回路動態の解明

• Project/Area Number: 14J09497
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Neurophysiology / General neuroscience
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 宮本 大祐 名古屋大学, 環境医学研究所, 特別研究員(PD)
• Project Period (FY): 2014-04-25 – 2017-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2016)
• Budget Amount: ¥4,940,000 (Direct Cost: ¥3,800,000、Indirect Cost: ¥1,140,000); Fiscal Year 2016: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000); Fiscal Year 2015: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000); Fiscal Year 2014: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
• Keywords: 睡眠・覚醒 / 記憶 / 軸索 / 光遺伝学 / 大脳皮質 / 海馬 / 感覚皮質 / 運動皮質

Outline of Annual Research Achievements

覚醒時と睡眠時における長距離軸索投射を用いた大脳皮質の情報連絡についての研究を進めた。当研究をScience誌に前年度に投稿し、前年度から今年度にかけてリバイス実験及び解析を行い、受理された。リバイスにおいては、オンライン自動睡眠判定を用いた刺激の正確性や、断眠時におけるデルタ刺激による記憶の向上について確認した。床面認識課題の海馬依存性について検討するために、理化学研究所・脳科学総合研究センターMcHugh研究室と共同研究を行った。海馬の出力領域となるCA1領域からの出力を抑制するために、CaMKIIα-Creマウスの海馬にAAV-Flex-mCherry又はAAV-Flex-TeTX-mCherryを注入した。TeTX (テタヌストキシン) により軸索終末からの神経伝達物質放出を抑制できる。TeTXが機能しているかどうかをVAMP2の免疫染色により確認した。Subiculum領域におけるVAMP2の発現はAAV-Flex-TeTX-mCherryの注入により減少した。以上よりTeTXが海馬CA1領域からの出力を抑制することを確認した。そして、各種行動試験を用いて、海馬CA1領域からの出力の抑制が行動に与える影響を検討した。海馬CA1領域からの出力の抑制は海馬依存的である物体位置認識試験及び文脈依存的恐怖条件付け試験における成績を低下させたが、床面認識課題には影響を与えなかった。これらより、床面認識課題は海馬非依存的であると考えられる。また、プラスミドを用いて目的遺伝子をマウスに導入するために、理化学研究所脳科学総合研究センター下郡研及びウィスコンシン大学マディソン校よりインウテロエレクトロポレーションを習得した。

Research Progress Status

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Top-down cortical input during nrem sleep consolidates perceptual memory. (2016)
  • Author(s): Miyamoto D, Hirai D, Fung CC, Inutsuka A, Odagawa M, Suzuki T, Boehringer R, Adaikkan C, Matsubara C, Matsuki N, Fukai T, McHugh TJ, Yamanaka A, *Murayama M
  • Journal Title: Science Volume: 352 Issue: 6291 Pages: 1315-1318
  • DOI: 10.1126/science.aaf0902
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Top-Down Cortical Input during NREM Sleep Consolidates Perceptual Memory (2016)
  • Author(s): Daisuke Miyamoto, Daichi Hirai, Chi Chung Alan Fung, Ayumu Inutsuka, Maya Odagawa, Takayuki Suzuki, Roman Boehringer, Chinnakkaruppan Adaikkan, Chie Matsubara, Norio Matsuki, Tomoki Fukai, Thomas J McHugh, Akihiro Yamanaka & Masanori Murayama
  • Journal Title: Science Volume: -
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The fiber-optic imaging and manipulation of neural activity during animal behavior (2016)
  • Author(s): Daisuke Miyamoto, Masanori Murayama
  • Journal Title: Neuroscience Research Volume: 103 Pages: 1-9
  • DOI: 10.1016/j.neures.2015.09.004
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Cerebral cortex circuits for perceptual memory consolidation during sleep (2017)
  • Author(s): D. Miyamoto, D. Hirai, C. C. A. Fung, A. Inutsuka, M. Odagawa, R. Boehringer, C. Adaikkan, C. Matsubara, N. Matsuki, T. Fukai, T. J. McHugh, A. Yamanaka & M. Murayama
  • Organizer: 第94回日本生理学会
  • Place of Presentation: 浜松
  • Year and Date: 2017-03-28
• [Presentation] 大脳皮質内トップダウン入力による触覚記憶固定化機序の探求 (2016)
  • Author(s): 平井大地、宮本大祐、村山正宜
  • Organizer: 第39 回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: 横浜
  • Year and Date: 2016-07-20
• [Presentation] ＮＲＥＭ睡眠時の皮質トップダウン入力による知覚記憶の固定化 (2016)
  • Author(s): D. Miyamoto, D. Hirai, C. C. A. Fung, A. Inutsuka, M. Odagawa, R. Boehringer, C. Adaikkan, C. Matsubara, N. Matsuki, T. Fukai, T. J. McHugh, A. Yamanaka & M. Murayama
  • Organizer: 第41回日本睡眠学会
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 2016-07-07
• [Presentation] Top-Down Cortical Input during Sleep Consolidates Perceptual Memory (2015)
  • Author(s): Miyamoto D, Fung, C. C. A., Inutsuka A, Odagawa M, Boehringer R, Matsubara C, Matsuki N, McHugh TJ, Yamanaka A, Murayama M
  • Organizer: 包括脳ネットワーク冬のシンポジウム
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 2015-12-18
• [Presentation] Cortico-cortical top-down pathway for tactile memory consolidation during NREM sleep (2015)
  • Author(s): Miyamoto, D., Inutsuka A, Kamoshida A, Boehringer R, Odagawa M, Matsuki N, McHugh TJ, Yamanaka A, Murayama M
  • Organizer: Neuroscience 2015
  • Place of Presentation: シカゴ
  • Year and Date: 2015-10-26
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 徐波睡眠時の大脳皮質のトップダウン入力は触覚の再認記憶を固定化する日本神経科学会大会 (2015)
  • Author(s): 宮本大祐、犬束歩、鴨志田敦史、Roman Boehringer、小田川 摩耶、松木 則夫、Thomas J McHugh、山中 章弘、村山 正宜
  • Organizer: 日本神経科学大会
  • Place of Presentation: 神戸
  • Year and Date: 2015-07-29
• [Presentation] Bottom-up vs top-down cortico-cortical processes for sensory recognition memory. (2015)
  • Author(s): Miyamoto, D., Inutsuka A, Kamoshida A, Boehringer R, Odagawa M, Matsuki N, McHugh TJ, Yamanaka A, Murayama M
  • Organizer: 2015 Bridging Biomedical Worlds Conference
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 2015-05-11
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 触覚学習における体性感覚-運動統合 (2015)
  • Author(s): 宮本大祐、犬束歩、鴨志田敦史、Roman Boehringer、小田川 摩耶、松木 則夫、Thomas J McHugh、山中 章弘、村山 正宜
  • Organizer: 第92回日本生理学会大会
  • Place of Presentation: 神戸
  • Year and Date: 2015-03-23
• [Presentation] Cortico-cortical top-down inputs during NREM sleep consolidate tactile memory (2015)
  • Author(s): Miyamoto D, Inutsuka A, Kamoshida A, Boehringer R, Odagawa M, Matsuki N, McHugh TJ, Yamanaka A, Murayama M.
  • Organizer: 脳と心のメカニズム 第15回冬のワークショップ (北海道)
  • Place of Presentation: 北海道
  • Year and Date: 2015-01-08
• [Presentation] 触覚学習における体性感覚皮質-運動皮質間回路の役割 (2014)
  • Author(s): 宮本大祐
  • Organizer: 生理学研究所研究会「シナプス・神経ネットワークのダイナミクス」
  • Place of Presentation: 岡崎
  • Year and Date: 2014-12-03
• [Presentation] 体性運動連合を用いる触覚記憶を評価する物体床面認識試験の開発 (2014)
  • Author(s): 宮本大祐、犬束歩、鴨志田敦史、松木則夫、山中章弘、村山正宜
  • Organizer: 平成26年度生理学若手研究者フォーラム
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 2014-07-26