| Project/Area Number |
21K15200
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Basic Section 46020:Anatomy and histopathology of nervous system-related
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| Research Institution | Osaka University (2022-2023)
National Institute for Physiological Sciences (2021) |
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Principal Investigator |
孫 在隣 大阪大学, 大学院歯学研究科, 助教 (40780333)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
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| Keywords | 運動学習 / 大脳皮質運動野 / シナプス可塑性 / マウス / 神経回路 / スパイン可塑性 / シナプス長期増強 / 電子顕微鏡 |
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| Outline of Research at the Start |
動物が運動学習を行う際、大脳皮質運動野ではシナプスの可塑的変化を伴う神経回路の再編成が行われる。この再編成はニューロンの樹状突起に存在するスパインの膨化や縮小といった形態変化を伴い、これら形態変化によってシナプス強度の調節が行われる。しかしながら、シナプス後構造であるスパインの形態変化のみでは、学習に伴ってどの神経回路のシナプス結合が強化されるのか等については弁別することができない。そこで、そのシナプス前終末を網羅的に同定することで、神経回路を区別してシナプス可塑性を評価する。これにより、運動学習の成立に必要な神経回路を明らかにする。
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| Outline of Annual Research Achievements |
シナプス可塑性は動物の学習を可能にするニューロンの性質であると考えられている。学習に伴ってシナプスが新たに出現したりその強度が強化されるなどの変化についてはこれまでの先行研究でも報告されてきた。一方で、そのシナプスがどのような神経回路を反映しているのかについてはほとんど明らかになって来なかった。本研究では運動学習に伴って新生したシナプスの入力源を報告した。その結果、学習初期に出現するシナプスは主に高次運動野由来と目される皮質錐体細胞が主体であるものの、それらは一過性のシナプス形成にすぎず、学習が進むにつれ徐々に新生した皮質-皮質間シナプスは消退していくことを明らかにした。一方で、学習後期では視床由来のシナプスが残存し、それらが獲得した運動技術の維持・記憶に貢献していると考えられた。
大脳皮質にはさまざまな細胞種が存在し、細胞種間のシナプス結合には空間的結合選択性が存在することは明らかにされてきた。一方で、学習のような経時的変化についても、神経回路ごとにその動態が異なることが明らかとなり、シナプス結合には空間的のみならず時間的にも一定のルールのもと変化することが示唆されている。これら、シナプス結合の空間的・時間的結合選択性についての議論を総説論文にまとめた（Sohn J, Anat Sci Int, 2024）。
さらにシナプスの長期増強・抑圧を示す神経回路についても解析を進めている。それにより、可塑性を示すシナプスの配置は神経回路ごとに異なる空間分布を持つことが明らかになりつつある。それらの結果については現在投稿準備中である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
現在は学習に伴って大脳皮質で行われている神経回路変化をより定量的に解析している。それにより、神経回路変化がどのような樹状突起で起こるのかなどが新たに明らかになってきた。それらの結果についてシンポジウム等で発表し、議論を深めている。
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| Strategy for Future Research Activity |
学習に伴う神経回路変化について、光学顕微鏡レベルでの解析により神経回路別の時間的結合変化則については明らかになりつつあある。一方で、それを裏付ける微細構造情報の取得がまだ少数であり、今後は電子顕微鏡を用いた解析に注力し、シナプス可塑性を引き起こす構造基盤を明らかにする。
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