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Mechanism of cognitive flexibility in the microcircuit of striatum, involving the rhythmic activity of the cholinergic system.

Research Project

Project/Area Number 21K03131
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 10040:Experimental psychology-related
Research InstitutionHiroshima University

Principal Investigator

Okada Kana  広島大学, 医系科学研究科(医), 助教 (50528263)

Project Period (FY) 2021-04-01 – 2024-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
Keywords神経回路網
Outline of Research at the Start

本研究課題では、線条体内のマイクロサーキット(局所回路)中に大きな役割を占めるコリン作動性介在神経細胞が、前頭前野と視床(髄板内核)からの情報入力の変化を起因とする機能的変容によって認知柔軟性にどのような役割を果たすのかを生理心理学的に検討する。
具体的には、行動中のげっ歯類に対して、電気生理学/光遺伝学アプローチを伴う行動柔軟性課題を実施し、認知柔軟性の実行に関わるコリン作動性介在神経細胞を中心とした線条体内回路に対する皮質や視床からの入力が、行動柔軟性の形成と表出に伴って、どの時期にどのような影響を、線条体コリン作動性神経細胞に与えるのかを明らかにする。

Outline of Final Research Achievements

This study aimed at the psycho-physiological elucidation how the striatal cholinergic interneurons was involved in bidirectional regulation to behavioral flexibility of learning derived from the functional change of striatal neuronal microcircuits. Our previous studies revealed that dorsomedial striatal cholinergic interneurons mediate both the enhancement and inhibition of behavioral flexibility, depending on the conditions and environments of the tasks those require the animals to solve. This study suggested that the two distinct cortical inputs from subregions in prefrontal area to striatal areas might be functionally differentiated to enhance or inhibit behavioral flexibility. These distinct cortical inputs might contribute to the bidirectional regulation to behavioral flexibility of learning by the striatal cholinergic interneurons.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

生物が環境に適応した行動をとるためには、自身の記憶内容や学習内容を基づく行動を安定的に維持することが必要である。しかしその一方で、一度形成した記憶と学習内容や行動を環境の変化に応じて柔軟に変容させ、その変化後の内容をまた安定的に使用していく必要がある。この安定化と不安定化のバランスがどのようなメカニズムで形成され、維持されているのかを検討することは、ヒトをはじめとする動物の認知と行動における神経機構を解明していく上で、重要な問題である。本研究は、この認知柔軟性メカニズムに前頭前野や線条体といった領域のどのような神経活動が関与しているのかを同定することに役立つ。

Report

(4 results)
  • 2023 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2022 Research-status Report
  • 2021 Research-status Report
  • Research Products

    (4 results)

All 2022 2021

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 3 results,  Open Access: 3 results) Presentation (1 results)

  • [Journal Article] Cholinergic regulation of object recognition memory2022

    • Author(s)
      Okada Kana、Hashimoto Kouichi、Kobayashi Kazuto
    • Journal Title

      Frontiers in Behavioral Neuroscience

      Volume: 16 Pages: 996089-996089

    • DOI

      10.3389/fnbeh.2022.996089

    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Spike firing attenuation of serotonin neurons in learned helplessness rats is reversed by ketamine2021

    • Author(s)
      Hashimoto Kouichi、Yamawaki Yosuke、Yamaoka Kenji、Yoshida Takayuki、Okada Kana、Tan Wanqin、Yamasaki Miwako、Matsumoto-Makidono Yoshiko、Kubo Reika、Nakayama Hisako、Kataoka Tsutomu、Kanematsu Takashi、Watanabe Masahiko、Okamoto Yasumasa、Morinobu Shigeru、Aizawa Hidenori、Yamawaki Shigeto
    • Journal Title

      Brain Communications

      Volume: 3 Issue: 4 Pages: 1-15

    • DOI

      10.1093/braincomms/fcab285

    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Different cholinergic cell groups in the basal forebrain regulate social interaction and social recognition memory2021

    • Author(s)
      Okada Kana、Nishizawa Kayo、Kobayashi Tomoko、Sakata Shogo、Hashimoto Kouichi、Kobayashi Kazuto
    • Journal Title

      Scientific Reports

      Volume: 11 Issue: 1 Pages: 135789-135789

    • DOI

      10.1038/s41598-021-93045-7

    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] 前脳基底部コリン作動性神経細胞による社会行動の調節2021

    • Author(s)
      岡田佳奈 、西澤佳代 、小林とも子、坂田省吾 、橋本浩一 、小林和人
    • Organizer
      第73回日本生理学会中国四国地方会
    • Related Report
      2021 Research-status Report

URL: 

Published: 2021-04-28   Modified: 2025-01-30  

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