A study of somatosensory modification by attention that focuses on the basal forebrain GABAergic neuron

• Project/Area Number: 17K14943
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Research Field: Neurophysiology / General neuroscience
• Research Institution: Institute of Physical and Chemical Research
• Principal Investigator: Ota Keisuke 国立研究開発法人理化学研究所, 脳神経科学研究センター, 研究員 (40610382)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2019-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2018)
• Budget Amount: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000); Fiscal Year 2018: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000); Fiscal Year 2017: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
• Keywords: 前脳基底部 / 大脳皮質 / GABA作動性ニューロン / 注意 / 体性感覚刺激検出課題 / ホールセルパッチクランプ / ScaleS / 体性感覚

Outline of Final Research Achievements

We focused on the basal forebrain GABAergic neurons projecting to the cortex. Our hypothesis is that these neurons are involved in attention and these activities improve the sensory detection performance. To test this hypothesis, we firstly established a sensory detection task requiring sustained attention. This task was based on the operant conditioning, somatosensory stimulus - response (lick) - positive reinforce (water), and a pure tone was presented just before the somatosensory stimulus. This auditory stimulus induced sustained attention (Hangya et al., Cell, 2015). Next, we developed a wide-field two-photon microscopy, and recorded more than 10,000 neural activities of layer 2/3 excitatory neurons in an awake mouse. This microscopy enables us to clarify the distribution of cortical neurons modulated by the basal forebrain GABAergic neurons.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

脳全体に投射する神経系として汎性投射系（セロトニン系、ドーパミン系、アセチルコリン系など）が知られている。汎性投射系はパーキンソン病、うつ病、アルツハイマー病などの精神疾患に関わるものが多く、薬物治療の標的となってきた。本研究では、大脳皮質全域に投射する前脳基底部のGABA作動性ニューロンに着目している。GABA作動性ニューロンは抑制性細胞の代表的な細胞である。従って、本研究で着目している細胞は大脳皮質全体の過剰な興奮を抑えることができる。このように本研究により精神疾患に関連する新しい汎性投射系を提唱する可能性を持ち、将来的には疾患研究に新しい枠組みをもたらす側面がある。

Research Products

• [Presentation] 広視野二光子顕微鏡による単一細胞解像度の in vivo イメージング (2018)
  • Author(s): 太田 桂輔, 大石 康博, 鈴木 崇之, 伊東 翼, 大泉 匡史, 小田川 摩耶, 松原 智恵, 小林 碧, 大出 孝博, 小林 憲太, 大倉 正道, 中井 淳一, 宮脇 敦史, 青西 亨, 村山 正宜
  • Organizer: 第41回 日本神経科学大会
• [Presentation] Wide-field two-photon microscopy with cellular resolution for in vivo calcium imaging (2018)
  • Author(s): 太田 桂輔, 大石 康博, 鈴木 崇之, 伊東 翼, 伊藤 圭基, 大泉 匡史, 小田川 摩耶, 松原 智恵, 小林 碧, 大出 孝博, 日置 寛之, 小林 憲太, 大倉 正道, 中井 淳一, 宮脇 敦史, 青西 亨, 村山 正宜
  • Organizer: 次世代脳 2018年度冬のシンポジウム