The mechanim of remote memory fomation by cortico-hippocampal top-down regulation

• Project/Area Number: 20K06849
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 46010:Neuroscience-general-related
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: KIM RYANG 東京大学, 大学院医学系研究科(医学部), 助教 (60793916)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000); Fiscal Year 2022: ¥520,000 (Direct Cost: ¥400,000、Indirect Cost: ¥120,000); Fiscal Year 2021: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000); Fiscal Year 2020: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
• Keywords: 海馬 / エングラム細胞 / 恐怖記憶 / シングルセルRNAseq / 記憶エングラム / 長期記憶 / 遠隔記憶 / 帯状回 / RNAseq / カルシウムイメージング

Outline of Research at the Start

恐怖記憶の形成・想起には海馬が必須である。しかし、時間経過とともに恐怖記憶想起に対する海馬の機能的役割は減少し、数週間以上の恐怖記憶を想起するためには大脳皮質の神経活動が必須となる。これは、海馬‐皮質間相互作用によって、記憶の思い出し(想起)に関わる脳領域が海馬から時間とともに皮質領域へと徐々に移行するプロセス(システムレベルの固定化)によるものと考えられているが、この海馬‐皮質間相互作用の実態は不明な点が多い。本研究では、「皮質領域が海馬機能を制御し、遠隔記憶を形成させる(システムレベルの固定化を成立させる)」という仮説のもと、これを検証する。

Outline of Final Research Achievements

The hippocampus plays a critical role in memory formation, but its importance for recall gradually decreases with time. On the other hand, the importance for recall in cortical areas increases. This phenomena is called systems consolidation of memory. In this study, we hypothesized that systems consolidation is regulated by a cortical-to-hippocampal top-down process and attempted to identify circuit and molecular mechanisms for this regulation using the fear meory task in mice, contextual fear conditioning task.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

動物において恐怖記憶は、危険な状況を回避するなど必須な記憶であるが、ヒトにおいては心的外傷後ストレス障害(PTSD)発症の要因ともなり得る。PTSDは恐怖イベントを経験してから時間経過後での治療が重要であるため、時間経過した遠隔記憶の形成に寄与するシステムレベルの固定化のメカニズムを明らかにすることは、行動神経学のみならず医学的にも重要である。本研究での成果は、システムレベルの固定化の人為的な操作や分子機構解明を可能とする基盤を整え、恐怖記憶を長期的に保持・制御するメカニズムの全容解明に向け、わずかではあるが、しかし確実な前進をもたらすものである。

Research Products

• [Journal Article] Extra neural ensemble disrupts memory recall (2020)
  • Author(s): Kim Ryang、Yamamoto Naoki、Kitamura Takashi
  • Journal Title: Nature Neuroscience Volume: 23 Issue: 8 Pages: 905-907
  • DOI: 10.1038/s41593-020-0673-z
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Presentation] The development of novel task for learning the knowledge without firsthand experience (2022)
  • Author(s): Ryang Kim, Haruhiko Bito, Takashi Kitamura
  • Organizer: 第45回日本神経科学大会
• [Presentation] Social transmission of new knowledge without firsthand experience in mice (2022)
  • Author(s): Ryang Kim, Haruhiko Bito, Takashi Kitamura
  • Organizer: Neuroscience 2022 (Society for Neuroscience)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Neuronal reactivation in the prelimbic cortex during fear memory extinction (2022)
  • Author(s): Hayato Kondo, Ryang Kim, Ranmaru Shimoda, Rie Yamashita, Shigetaka Kobari, Yusuke Tomiyama, Jungmin Kim, Takumitsu Shakuno, Leonie S. Brebner, Haobo Song, Tatsushi Yokoyama, Kasumi Inokuchi, Yayoi Kondo, Michiko Okamura, Masayuki Sakamoto, Hiroyuki Okuno, Keisuke Ota, Hajime Fujii, & Haruhiko Bito
  • Organizer: 第45回日本神経科学大会
• [Presentation] Neuronal activity dynamics in the prelimbic cortex underlying fear memory processing (2022)
  • Author(s): Hayato Kondo, Ryang Kim, Ranmaru Shimoda, Rie Yamashita, Jungmin Kim, Takumitsu Shakuno, Leonie S. Brebner, Haobo Song, Kasumi Inokuchi, Yayoi Kondo, Michiko Okamura, Hiroyuki Okuno, Keisuke Ota, Hajime Fujii, & Haruhiko Bito
  • Organizer: Neuroscience 2022 (Society for Neuroscience)
  • Int'l Joint Research