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Optical imaging of neural plasticity during cognitive behavioral tasks

Research Project

Project/Area Number 19K06884
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 46010:Neuroscience-general-related
Research InstitutionKyoto University

Principal Investigator

Yawata Satoshi  京都大学, 医学研究科, 特定助教 (90455246)

Project Period (FY) 2019-04-01 – 2022-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2021)
Budget Amount *help
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2019: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
Keywordsイメージング / 可塑性 / 線条体 / 神経活動 / 細胞内シグナル / 内視鏡 / 報酬学習
Outline of Research at the Start

タッチパネル式オペラント学習装置を用い、行動と報酬を関連付ける学習を行わせる。課題の推移と神経活動の関係を解析し、各々の細胞が担う情報がどのように変遷するかを観察する。また学習獲得に伴う可塑性シグナルの変化を観察し、「どの神経細胞にどのタイミングで可塑性関連シグナルが誘導され、どのように神経情報が書き換えられていくか」を解明する。逆転学習では報酬と関連付けられた視覚刺激を変更することにより、環境の変化に対応するために脳内でどのような神経情報の更新が行われているのかを解析する。

Outline of Final Research Achievements

Candidate mechanisms of memory and learning are neural plasticity, including changes in the connection between neurons, and changes in the intrinsic excitability. Recently, Forster resonance energy transfer (FRET) bioprobes are developed and widely recognized as powerful tools to measure the activity of intracellular signaling molecules related to neural plasticity. These FRET probes enable us to visualize plasticity, but measuring systems are poorly established.
In this study, I used novel optical imaging system for FRET biosensor to visualize “neural plasticity” from a “deep brain area” of “freely-moving animal” with “single cellular resolution”. I observed ERK activity from medium spiny neurons in dorsal striatum during free moving and visual discrimination task.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究において、自由行動中動物から「可塑性」をイメージングできる新しい計測技術の開発を進めた。記憶や学習の獲得において、いつ、どのような神経細胞で、どのような可塑性により、どのように神経情報が修飾・修正されていくかを観察することが可能となった。また、この技術は細胞内シグナル分子の活性を生体内からリアルタイムに計測できる技術であり、神経の情報処理機構の解明においてのみならず、病態モデルマウスの解析や薬物動態の解析にも利用可能な重要な技術である。

Report

(4 results)
  • 2021 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2020 Research-status Report
  • 2019 Research-status Report
  • Research Products

    (4 results)

All 2020 2019

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results,  Open Access: 2 results) Presentation (2 results)

  • [Journal Article] Chemogenetic Suppression of the Subthalamic Nucleus Induces Attentional Deficits and Impulsive Action in a Five-Choice Serial Reaction Time Task in Mice2020

    • Author(s)
      Nishioka Tadaaki、Hamaguchi Kosuke、Yawata Satoshi、Hikida Takatoshi、Watanabe Dai
    • Journal Title

      Frontiers in Systems Neuroscience

      Volume: 14 Pages: 1-13

    • DOI

      10.3389/fnsys.2020.00038

    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Generation of a MOR‐CreER knock‐in mouse line to study cells and neural circuits involved in mu opioid receptor signaling2019

    • Author(s)
      Okunomiya Taro、Hioki Hiroyuki、Nishimura Chika、Yawata Satoshi、Imayoshi Itaru、Kageyama Ryoichiro、Takahashi Ryosuke、Watanabe Dai
    • Journal Title

      genesis

      Volume: 58 Issue: 1 Pages: 1-10

    • DOI

      10.1002/dvg.23341

    • Related Report
      2019 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] Causal role of the subthalamic nucleus in executive functions2019

    • Author(s)
      Tadaaki Nishioka○, Kosuke Hamaguchi, Satoshi Yawata, Takatoshi Hikida, Dai Watanabe
    • Organizer
      第42回日本神経科学大会
    • Related Report
      2019 Research-status Report
  • [Presentation] 新規に作成したノックインマウスMOR-CreERによるμオピオイド受容体陽性神経回路の可視化2019

    • Author(s)
      奥宮太郎, 今吉格, 日置寛之, 西村知華, 矢和多智, 影山龍一郎, 髙橋良輔, 渡邉大
    • Organizer
      第42回日本神経科学大会
    • Related Report
      2019 Research-status Report

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Published: 2019-04-18   Modified: 2023-01-30  

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