Optogenetic manupilation of neural activity to elucidate the memory network between the frontal and temporal cortices in monkeys

• Project/Area Number: 17K07062
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Research Field: Neurophysiology / General neuroscience
• Research Institution: Kochi University of Technology (2018-2019); Juntendo University (2017)
• Principal Investigator: Takeda Masaki 高知工科大学, 総合研究所, 特任教授 (00418659)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2020-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2019)
• Budget Amount: ¥4,940,000 (Direct Cost: ¥3,800,000、Indirect Cost: ¥1,140,000); Fiscal Year 2019: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000); Fiscal Year 2018: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000); Fiscal Year 2017: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000)
• Keywords: 電気生理学 / 長期記憶 / 脳神経回路 / 再認記憶 / 光遺伝学 / 霊長類 / 記憶 / 大脳皮質

Outline of Final Research Achievements

It is unclear how neurons in the temporal cortex cooperate during recalling relevant memories from perceptual information. In this study, we investigated the dynamics of neural circuitry in the temporal cortex during memory recall using monkeys that had learned the memory task. The results suggest that the memory neural circuits exhibit different dynamics at the cortical layer level, depending on the different cognitive processes, visual perception and memory recall (Takeda et al, 2018, Nature Communications).

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

「記憶は脳のどこに蓄えられ、表象として取りだされるのか」との問いに対し、これまで記憶課題遂行中のサルの電気生理学的実験や脳部位破壊実験、ヒトのfMRI実験や神経心理学的研究といったアプローチにより、記憶の記銘・想起に関わる脳領域、特に側頭葉ニューロンの記憶情報表現についての知見が蓄積されてきた。本研究は従来困難だった皮質層レベルの神経回路動態に迫るために多点同時計測法、局所フィールド電位計測など複数の手法を組み合わせる点で、記憶回路動態にアプローチする新しい手法を提案しており、記憶障害といった脳高次機能障害の診断・治療法の確立のためのより詳細な回路動態の基礎的理解に貢献すると考えられる。

Research Products

• [Journal Article] Brain mechanisms of visual long-term memory retrieval in primates (2019)
  • Author(s): Takeda, M.
  • Journal Title: Neuroscience Research Volume: 142 Pages: 7-15
  • DOI: 10.1016/j.neures.2018.06.005
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Dynamic laminar rerouting of inter-areal mnemonic signal by cognitive operations in primate temporal cortex (2018)
  • Author(s): Takeda, M., Hirabayashi, T., Adachi, Y., and Miyashita, Y.
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 9 Issue: 1 Pages: 4629-4629
  • DOI: 10.1038/s41467-018-07007-1
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Conversion of object identity to object-general semantic value in the primate temporal cortex. (2017)
  • Author(s): Tamura, K., Takeda, M., Setsuie, R., Tsubota, T., Hirabayashi, T., Miyamoto, K., and Miyashita, Y.
  • Journal Title: Science Volume: 357 Issue: 6352 Pages: 687-692
  • DOI: 10.1126/science.aan4800
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] 視覚記憶のマルチスケール神経回路 (2019)
  • Author(s): 竹田 真己
  • Organizer: 電子情報通信学会ヒューマン情報処理研究会
  • Invited
• [Presentation] 霊長類大脳皮質における記憶想起の情報処理メカニズム (2019)
  • Author(s): 竹田 真己
  • Organizer: 第20回認知神経リハビリテーション学会学術集会
  • Invited
• [Presentation] 霊長類における脳内視覚記憶システムの多階層性にせまる (2018)
  • Author(s): 竹田 真己
  • Organizer: 社会神経科学共同研究拠点研究会「世界や社会と相互作用して生きるヒトや動物の視覚－生理学、心理物理学、計算論」
  • Invited
• [Presentation] ArchT-mediated optogenetic inhibition in vivo by red-shifted off-peak 594 nm light compared with that by on-peak 532 nm light. (2017)
  • Author(s): Setsuie, R., Tamura, K., Takeda, M., Miyamoto, K., and Miyashita, Y.
  • Organizer: 日本神経科学学会
  • Int'l Joint Research
• [Book] Physics of the Mind and Brain Disorders: Integrated Neural Circuits Supporting the Emergence of Mind. (2017)
  • Author(s): Takeda, M. (Opris, I and Casanova, M.F. Eds)
  • Total Pages: 783
  • Publisher: Springer
• [Remarks] 「ものを見て、関連するものを思い出す」記憶のメカニズムを世界で初めて発見
  • URL: https://www.kochi-tech.ac.jp/news/2018/004154.html
• [Remarks] なじみ深さや目新しさの印象を支配する神経信号を発見！
  • URL: http://www.juntendo.ac.jp/news/20170818-01.html