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Study of the switching regulation of social and cognitive behaviors by the habenula-interpeduncular nucleus pathway

Research Project

Project/Area Number 21H04814
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (A)

Allocation TypeSingle-year Grants
Section一般
Review Section Medium-sized Section 51:Brain sciences and related fields
Research InstitutionInstitute of Physical and Chemical Research

Principal Investigator

岡本 仁  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, 客員主管研究員 (40183769)

Project Period (FY) 2021-04-05 – 2025-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2024)
Budget Amount *help
¥40,560,000 (Direct Cost: ¥31,200,000、Indirect Cost: ¥9,360,000)
Fiscal Year 2024: ¥6,110,000 (Direct Cost: ¥4,700,000、Indirect Cost: ¥1,410,000)
Fiscal Year 2023: ¥6,110,000 (Direct Cost: ¥4,700,000、Indirect Cost: ¥1,410,000)
Fiscal Year 2022: ¥5,590,000 (Direct Cost: ¥4,300,000、Indirect Cost: ¥1,290,000)
Fiscal Year 2021: ¥22,750,000 (Direct Cost: ¥17,500,000、Indirect Cost: ¥5,250,000)
Keywordsゼブラフィッシュ / 社会的闘争 / 手綱核 / 脚間核 / セロトニン / 勝者と敗者 / 背側被蓋野 / 内受容感覚 / 順行性継シナプス的神経細胞標識 / 意思決定 / 行動制御 / 注意
Outline of Research at the Start

集団で行動する動物群では、同種間で社会的優劣を決める闘いが、社会的秩序を保つ上で重要な意義を持っている。我々のこれまでの研究から、手綱核から脚間核に至る2本の神経経路が、同種間での社会的な優劣を巡る闘争における勝者と敗者の決定や、脳が向ける注意の対象を自分自身とするか外界や相手とするかという二者択一的切り替え(スイッチング)の制御に深く関わっていることが明らかになってきた。本研究では、この研究をさらに進め、手綱核・脚間核経路によるスイッチングが、脳全体の神経回路の動態にどのように影響を与え、実際の行動の違いを引き起こすのかを、関わる神経回路の全貌と作動原理を明らかにすることによって解明する。

Outline of Annual Research Achievements

昨年度の研究で、脚間核に順行的に継シナプス的に接続する神経細胞を標識できるVesicular Stomatitis Virus を注入し、脚間核と直接または間接的に接続する脳部位を同定することができた。今年度は、この実験を繰り返し、データを蓄積し、論文の執筆を開始した。さらに、脚間核の出力部位の神経細胞群を分子マーカーを使って分類するために、被蓋部分を10X社のChromiumで1細胞mRNA発現プロファイリングを行った。
仮想空間で2匹の魚が闘争できる実験システムを確立し、正常の2匹の魚の組み合わせと、正常魚と手綱核・脚間核経路のうちで勝者の回路が不活化された魚という組み合わせえ、闘争を行い、結果を解析している。
仮想空間の中で闘争中の魚の背側被蓋部の神経活動を観察するためのグリンレンズを利用した観察システムの構築を試み、現在改良を進めている。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

昨年度の研究で、脚間核に順行的に継シナプス的に接続する神経細胞を標識できるVesicular Stomatitis Virus を注入し、脚間核と直接または間接的に接続する脳部位を同定することができた。今年度は、この実験を繰り返し、データを蓄積し、論文の執筆を開始した。さらに、脚間核の出力部位の神経細胞群を分子マーカーを使って分類するために、被蓋部分を10X社のChromiumで1細胞mRNA発現プロファイリングを行った。
仮想空間で2匹の魚が闘争できる実験システムを確立し、正常の2匹の魚の組み合わせと、正常魚と手綱核・脚間核経路のうちで勝者の回路が不活化された魚という組み合わせえ、闘争を行い、結果を解析している。
仮想空間の中で闘争中の魚の背側被蓋部の神経活動を観察するためのグリンレンズを利用した観察システムの構築を試み、現在改良を進めている。

Strategy for Future Research Activity

仮想空間で2匹の魚が闘争できる実験システムを使って、闘争中の魚の背側被蓋核などでの神経活動を、グリンレンズ等を使ったイマージングシステムで観察し、この部位が、内感覚受容の予測誤差に関わるかどうか等の仮説の検証を行う。

Report

(3 results)
  • 2022 Annual Research Report
  • 2021 Comments on the Screening Results   Annual Research Report
  • Research Products

    (23 results)

All 2023 2022 2021 Other

All Journal Article (3 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 3 results,  Open Access: 1 results) Presentation (15 results) (of which Int'l Joint Research: 7 results,  Invited: 7 results) Remarks (5 results)

  • [Journal Article] Habenula as the experience-dependent controlling switchboard of behavior and attention in social conflict and learning.2021

    • Author(s)
      Okamoto H, Cherng BW, Nakajo H, Chou MY, Kinoshita M.
    • Journal Title

      Curr Opin Neurobiol.

      Volume: 68 Pages: 36-43

    • DOI

      10.1016/j.conb.2020.12.005

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Protein fucosylation is required for Notch dependent vascular integrity in zebrafish2021

    • Author(s)
      Fowler G, French DV, Rose A, Squires P, Aniceto da Silva C, Ohata S, Okamoto H, French CR.
    • Journal Title

      Dev Biol.

      Volume: 480 Pages: 62-68

    • DOI

      10.1016/j.ydbio.2021.08.004

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Zebrafish capable of generating future state prediction error show improved active avoidance behavior in virtual reality2021

    • Author(s)
      Torigoe M, Islam T, Kakinuma H, Fung CCA, Isomura T, Shimazaki H, Aoki T, Fukai T, Okamoto H.
    • Journal Title

      Nat Commun.

      Volume: 12 Issue: 1 Pages: 5712-5722

    • DOI

      10.1038/s41467-021-26010-7

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Regulation of Social Fighting Behavior by Zebrafish and Left‐Right Brain Asymmetry2023

    • Author(s)
      Hitoshi Okamoto
    • Organizer
      Yamada Conference LXXV Origin of left‐right asymmetry in animals
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Habenula as the experience-dependent controlling switchboard of behavior and attention in social conflict and learning2022

    • Author(s)
      Hitoshi Okamoto
    • Organizer
      BSI Special Seminar at KIST
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Zebrafish National Bioresource Project in Japan2022

    • Author(s)
      Hitoshi Okamoto
    • Organizer
      Korea Animal Model Archive (KAMA) Workshop
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Systematic identification of the brain regions connected with the interpeduncular nucleus in the adult zebrafish brain2022

    • Author(s)
      Audrey Kawoon Wong
    • Organizer
      第45回日本神経科学大会(NEURO2022)
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Discovery of neurons monitoring whether the prediction comes true in the brain of zebrafish escaping in the virtual reality space2022

    • Author(s)
      岡本仁
    • Organizer
      The International Symposium on Development and Plasticity of Neural Systems
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Habenula as the experience-dependent controlling switchboard of behavior and attention in social conflict and learning2021

    • Author(s)
      岡本仁
    • Organizer
      第44回日本神経科学大会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] Zebrafish capable of generating future state prediction error show improved active avoidance behavior in virtual reality2021

    • Author(s)
      鳥越万紀夫
    • Organizer
      第44回日本神経科学大会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] Learning of value information by the basal ganglia circuit in goal-directed behavior of adult zebrafish2021

    • Author(s)
      谷本悠生
    • Organizer
      第44回日本神経科学大会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] 魚の脳科学から学ぶヒトの社会的行動の仕組み2021

    • Author(s)
      岡本仁
    • Organizer
      ライフサイエンス技術部会脳科学分科会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] Habenula as the experience-dependent controlling switchboard of behavior and attention in social conflict and learning2021

    • Author(s)
      岡本仁
    • Organizer
      Genes, Brain, and Behavior Meeting 2021
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Afferent and efferent connections of the thalamic nuclei in the medial diencephalon imply a basal ganglia-thalamocortical projection in zebrafish2021

    • Author(s)
      柿沼久哉
    • Organizer
      第27回小型魚類研究会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] Median raphe projecting efferent neurons in the ventral interpeduncular nucleus in zebrafish2021

    • Author(s)
      木下雅恵
    • Organizer
      第27回小型魚類研究会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] Zebrafish capable of generating future state prediction error show improved active avoidance behavior in virtual reality2021

    • Author(s)
      鳥越万紀夫
    • Organizer
      第27回小型魚類研究会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] Learning of value information by the basal ganglia circuit in goal-directed behavior of adult zebrafish2021

    • Author(s)
      谷本悠生
    • Organizer
      第27回小型魚類研究会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] Zebrafish capable of generating future state prediction error show improved active avoidance behavior in virtual reality2021

    • Author(s)
      鳥越万紀夫
    • Organizer
      Society for Neuroscience 2021 Annual Meeting
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Remarks] 意思決定回路動態研究チーム(岡本 仁):情動と社会性による行動プログラムの制御機構の解明をめざす。

    • URL

      https://cbs.riken.jp/jp/faculty/h.okamoto/index.html

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Remarks] 意思決定の仕組みを探る

    • URL

      https://www.youtube.com/watch?v=nrJJNBqONdU

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Remarks] 腹が減っては戦に負けぬ -空腹の魚が闘争に敗北しにくくなる神経メカニズムを解明-

    • URL

      https://www.youtube.com/watch?v=FurG6gS49bg&t=2s

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Remarks] 最適な未来予想の実現化をモニターする神経細胞の発見

    • URL

      https://www.riken.jp/press/2021/20210929_2/index.html

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Remarks] 意思決定回路動態研究チーム(岡本 仁): 情動と社会性による行動プログラムの制御機構の解明をめざす。

    • URL

      https://cbs.riken.jp/jp/faculty/h.okamoto/index.html

    • Related Report
      2021 Annual Research Report

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Published: 2021-04-28   Modified: 2024-06-24  

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