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神経修飾物質による内的な時間経過の制御と計時機構の解明

Research Project

Project/Area Number 19J01068
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Review Section Basic Section 46010:Neuroscience-general-related
Research InstitutionKeio University

Principal Investigator

鹿野 悠  慶應義塾大学, 医学部, 特別研究員(PD)

Project Period (FY) 2019-04-25 – 2022-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2021)
Budget Amount *help
¥4,810,000 (Direct Cost: ¥3,700,000、Indirect Cost: ¥1,110,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2019: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
Keywordsドパミン / オペラント条件付け / GRABセンサー / ファイバーフォトメトリー / 報酬予測誤差 / 海馬 / 時間知覚 / 行動課題
Outline of Research at the Start

海馬や線条体を損傷した患者では、時空間認知に異常が生じる。なかでも本研究は特に時間情報処理に着目する。私はすでにラットを用いて分単位の時間経過を脳内で表象する神経発火を発見した。つまり個体内の時間のながれを推定する指標を神経活動という形で得た。本研究では内的な時間経過の速度が経験や情動によって変化するメカニズムを解明すべく、神経修飾物質による制御機構について検証していく。具体的には、細胞種特異的な神経活動操作・記録を光遺伝学的手法で行い、各神経修飾物質による内的な時間経過への影響を行動や神経活動から推定していく。本研究によって数分単位で生じる生命現象に共通する制御機構の一端の解明を目指す。

Outline of Annual Research Achievements

ドパミンは神経修飾物質の一つとして知られ、個体の運動、学習、価値判断、意欲などを制御するといった多岐にわたる機能を持つと考えられている。私はドパミンにより時間という内的な情報がいかに脳内で処理されるか、その情報は脳内ドパミン濃度のどういった変化で特徴づけられるか、個体の行動戦略にどう影響するかを調べた。私はマウスの脳内におけるドパミン濃度変化がリアルタイムで計測可能な技術(蛍光ドパミンセンサータンパクを用いたファイバーフォトメトリー)を用いた。その結果、もしマウスが予測していた報酬が手に入らなかった場合、ドパミン濃度の一過的な減少が見られたこと、そしてその減少幅は時間経過(課題構造上、動物は時間経過とともにより高確率で報酬が得られることを予測している)とともに増大していくということを、昨年度までの研究成果によって明らかにした。従来提唱されている報酬予測誤差の理論から裏付けられる結果であり、ドパミンによる価値判断における時間的側面の情報処理機構を証明することができた。今年度は、昨年度までに得られていた実験結果に基づいて、さらに多くの個体について実験を行い結果の堅牢性を示した。さらに、実験個体から得られたドパミン変動や個体の行動戦略に対して、昨年度に開始した強化学習モデルでの再現を更に発展させることに成功した。これらの研究内容を発表論文としてまとめ、bioRxivへの投稿、更には学術誌への投稿を済ませた。
上記の研究成果と学術論文の草稿はbioRxiv(Shikano et al., The dopamine dip amplitude is a quantitative measure of disappointment, doi: https://doi.org/10.1101/2021.07.23.453499)にて一般に公開されており、閲覧可能である。

Research Progress Status

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(3 results)
  • 2021 Annual Research Report
  • 2020 Annual Research Report
  • 2019 Annual Research Report
  • Research Products

    (17 results)

All 2021 2020 2019 Other

All Journal Article (5 results) (of which Peer Reviewed: 5 results,  Open Access: 5 results) Presentation (9 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results) Remarks (3 results)

  • [Journal Article] The dopamine dip amplitude is a quantitative measure of disappointment2021

    • Author(s)
      Shikano Yu、Yagishita Sho、Tanaka Kenji F.、Takata Norio
    • Journal Title

      bioRxiv

      Volume: 20210723 Pages: 1-53

    • DOI

      10.1101/2021.07.23.453499

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Minute-encoding neurons in hippocampal-striatal circuits2021

    • Author(s)
      Shikano Yu、Ikegaya Yuji、Sasaki Takuya
    • Journal Title

      Current Biology

      Volume: 21 Issue: 7 Pages: 1438-1449.e6

    • DOI

      10.1016/j.cub.2021.01.032

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Urethane anesthesia suppresses hippocampal subthreshold activity and neuronal synchronization2020

    • Author(s)
      Yagishita Haruya、Nishimura Yuya、Noguchi Asako、Shikano Yu、Ikegaya Yuji、Sasaki Takuya
    • Journal Title

      Brain Research

      Volume: 1749 Pages: 147137-147137

    • DOI

      10.1016/j.brainres.2020.147137

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Acute Effects of Ethanol on Hippocampal Spatial Representation and Offline Reactivation2020

    • Author(s)
      Miyake Kosaku、Yagi Saichiro、Aoki Yuki、Shikano Yu、Ikegaya Yuji、Sasaki Takuya
    • Journal Title

      Frontiers in Cellular Neuroscience

      Volume: 14 Pages: 571175-571175

    • DOI

      10.3389/fncel.2020.571175

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Sniffing behaviour‐related changes in cardiac and cortical activity in rats2019

    • Author(s)
      Kuga Nahoko、Nakayama Ryota、Shikano Yu、Nishimura Yuya、Okonogi Toya、Ikegaya Yuji、Sasaki Takuya
    • Journal Title

      The Journal of Physiology

      Volume: 597 Issue: 21 Pages: 5295-5306

    • DOI

      10.1113/jp278500

    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] Phasic increase and decrease in extracellular dopamine concentration at the ventrolateral striatum during food-seeking operant conditioning2021

    • Author(s)
      Yu Shikano, Kenji Tanaka, Norio Takata
    • Organizer
      第44回日本神経科学大会, 4P-213, 2021/7/31
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] ラットの脳は5分を計る2021

    • Author(s)
      鹿野悠、佐々木拓哉、池谷裕二
    • Organizer
      令和2年度「時間生成学」第2回領域会議
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] Hippocampal and striatal neuronal encoding of elapsed time on a timescale of minutes2020

    • Author(s)
      Yu Shikano, Yuji Ikegaya, Takuya Sasaki
    • Organizer
      The 43rd Annual Meeting of the Japan Neuroscience Society
    • Related Report
      2020 Annual Research Report 2019 Annual Research Report
  • [Presentation] 光ファイバーマイクロドライブの開発(Development of an optical fiber with micro-drive device)2020

    • Author(s)
      河野 晏奈、鹿野悠、山浦 克典、田中 謙二
    • Organizer
      第63回神経化学会大会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] Encoding of elapsed time in the order of minutes by the hippocampus and striatum2019

    • Author(s)
      Yu Shikano, Yuji Ikegaya, Takuya Sasaki
    • Organizer
      Neuroscience 2019, Society for Neuroscience
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Hippocampal neuronal representation of the elapsed time on a timescale of minutes in rats2019

    • Author(s)
      Yu Shikano, Yuji Ikegaya, Takuya Sasaki
    • Organizer
      第28回 海馬と高次脳機能学会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] Neuronal spikes encoding the elapsed time in the order of minutes in the rat hippocampus and striatum2019

    • Author(s)
      Yu Shikano, Yuji Ikegaya, Takuya Sasaki
    • Organizer
      The 42nd Annual Meeting of the Japan Neuroscience Society
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] Relationship between vagus nerve spikes and physiological signals of central and peripheral organs in a freely moving rat2019

    • Author(s)
      Toya Okonogi, Yu Shikano, Yuya Nishimura, Akihiro Yamanaka, Yuji Ikegaya, Takuya Sasaki
    • Organizer
      Neuroscience 2019, Society for Neuroscience
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Vagus nerve spikes of a freely moving rat in a novel environment2019

    • Author(s)
      Toya Okonogi, Yu Shikano, Yuya Nishimura, Akihiro Yamanaka, Yuji Ikegaya, Takuya Sasaki
    • Organizer
      The 42nd Annual Meeting of the Japan Neuroscience Society
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Remarks] 数分間の時間認知を担う脳の神経活動を発見

    • URL

      https://www.u-tokyo.ac.jp/focus/ja/press/z0111_00036.html

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Remarks] ERATO 池谷脳AI融合プロジェクト

    • URL

      http://www.ikegaya.jp/ERATO/

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Remarks] トピックス 東京大学大学院 薬学系研究科・薬学部

    • URL

      http://www.f.u-tokyo.ac.jp/topics.html?page=0&key=1612758718

    • Related Report
      2020 Annual Research Report

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Published: 2019-05-29   Modified: 2024-03-26  

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