嗅覚系における感覚情報－文脈情報－行動をつなぐ神経メカニズム
| Project/Area Number |
22K15232
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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 46030:Function of nervous system-related
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| Research Institution | Ritsumeikan University |
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Principal Investigator |
塩谷 和基 立命館大学, 生命科学部, 助教 (90907015)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2022: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000)
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| Keywords | ventral Tenia Tecta / 嗅皮質 / 内側前頭前野 / オプトジェネティクス / 電気生理 / 古典的条件付け / 神経回路 / 嗅覚・聴覚 |
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| Outline of Research at the Start |
私達は、その時の状況（文脈）に依存して感覚情報を処理し適切な行動を取る。しかし、文脈に応じて感覚情報を正しい行動に結びつける神経メカニズムはいまだ十分解明されていない。そこで私は、シンプルな解剖学的特性を持つ嗅覚系に着目し、特に末梢の感覚器官からの入力と適切な行動に必要な高次領域からの入力の双方を受ける嗅皮質を対象として、感覚－行動を結ぶ神経メカニズムの解明に取り組む。
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| Outline of Annual Research Achievements |
私はこれまでに嗅皮質の一部であるventral tenia tecta(vTT)という亜領域が高次領域であるmedial prefrontal cortex(mPFC)から解剖学的な直接入力を受けていること、またvTTの個々の神経細胞が、文脈に依存した様々な行動状態に対して応答することを明らかにした (Shiotani et al.,2020)。またこれまでに、mPFCを中心とした回路で文脈情報が作られていることもわかっている(Hyman et al., 2012)。それらのことから、末梢の嗅球(olfactory bulb)からの入力と高次領域のmPFCからの入力の両方を受けるvTTは、感覚情報と文脈情報を統合する重要な場であることが容易に想像できる。そこで本研究は、文脈に応じて感覚情報を正しい行動に結びつける神経メカニズムを明らかにするために、末梢からの感覚情報と高次領域からの文脈情報がvTTで統合され行動につながるための神経回路を解明することをめざす。具体的には、単一ニューロン活動記録法と光遺伝学的手法を組み合わせることで、mPFCからvTTへ行動状態の情報が伝達されることを明らかにし、さらにその際のvTTの応答特性を詳細に解明することを目的とする。これにより、文脈に沿った行動選択を実現する神経メカニズムを明らかにし、感覚情報から適切な行動を取るための神経回路モデルを構築する。
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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
単一ニューロン活動記録法と、光遺伝学的手法を組み合わせることで、(Ⅰ) vTTの行動状態の情報がmPFCからもたらされるかどうかを確かめることを行った。さらに、(Ⅱ) vTTで生じる文脈依存の行動状態を表す情報が、他の感覚刺激にも共通した包括的な情報であるのかどうかを明らかにすることを行った。
(Ⅰ)まず、マウスが匂いから適切な行動を取るように、匂いと報酬や罰を連合させた嗅覚古典的条件付け課題の確立を行った。mPFCからvTTへの投射経路が、文脈に基づいた行動情報をvTTに供給しているという仮説を検証するために、マウスのmPFCに遺伝子組み換えアデノ随伴ウイルス(AAV)を投与し、mPFC神経細胞にArch3.0を発現させ、さらにvTTに光ファイバーと記録電極を挿入する手術を行った。こうすることで、mPFCからvTTへと投射するmPFC神経細胞の軸索を人工的に抑制(光抑制)することが可能となる。嗅覚古典的条件付け課題遂行中にmPFC神経細胞の軸索を光抑制する試行と光抑制しない試行をランダムに行い、その時のvTTの神経活動を記録している段階である。さらに、mPFCからvTTへの入力と行動出力との因果関係を解明するために、光抑制によって生じる課題中のマウスの行動変化について動画から深層学習を用いた解析を行うことによって定量化について現在解析を行っている。
(Ⅱ) vTTの文脈依存性の行動状態への応答が嗅覚以外の感覚にも共通して生じ、他感覚も含む包括的な応答であるのかを明らかにするために、嗅覚刺激だけでなく、他の感覚刺激である音刺激も用いて、刺激から適切な行動を取ることが求められる嗅覚・聴覚古典的条件付け課題をマウスに行わせた。具体的には、異なる匂いや音の高低それぞれと報酬の有無を学習させる課題中に、vTTの神経活動の記録を行っている段階である。
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| Strategy for Future Research Activity |
単一ニューロン活動記録法と光遺伝学的手法を組み合わせることで、mPFCからvTTへ行動状態の情報が伝達されることを明らかにするために、前年度に確立した匂いと報酬や罰を連合させた嗅覚古典的条件付け課題を引き続き行い、(Ⅰ) vTTの行動状態の情報がmPFCからもたらされるかどうかについて明らかにする。具体的には、mPFCからvTTへと投射するmPFC神経細胞の軸索を光抑制を行う個体数を増やして、vTT神経活動について応答特性について詳細の解析を行い、光抑制によって生じる課題中のマウスの行動変化についても動画から深層学習を用いた解析を行うことによって定量化について解析を進めるようにする。さらに、(Ⅱ) vTTで生じる文脈依存の行動状態を表す情報が、他の感覚刺激にも共通した包括的な情報であるのかどうかを明らかにするために、前年度に確立した異なる匂いや音の高低それぞれと報酬の有無を学習させる嗅覚・聴覚古典的条件付け課題を引き続き行い、個体数を増やしてvTTで生じる文脈依存の行動状態を表す情報を持つのかついての神経活動の応答特性について詳細に明らかにする。
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Report
(1 results)
Research Products
(12 results)
