Elucidation and manipulation of cortex-wide brain activity for memory consolidation during sleep
| Project/Area Number |
23K18423
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Medium-sized Section 59:Sports sciences, physical education, health sciences, and related fields
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| Research Institution | Dokkyo Medical University |
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Principal Investigator |
大川 宜昭 獨協医科大学, 医学部, 准教授 (80416651)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
関口 寛人 豊橋技術科学大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (00580599)
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| Project Period (FY) |
2023-06-30 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000)
Fiscal Year 2024: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000)
Fiscal Year 2023: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000)
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| Keywords | エピソード記憶 / 徐波 / 海馬 / 大脳皮質 / 光遺伝学 |
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| Outline of Research at the Start |
睡眠は、運動技能の習得や、視覚識別タスク、単語の学習等、様々な記憶の獲得に良い影響を与えることが報告されているにも関わらず、学習や新しい経験後の睡眠中に誘導され記憶の定着を促す機構とその改善法は不明である。そこで本研究では、睡眠の質を支える脳波である徐波と、記憶定着の機構の一環と考えられる記憶痕跡細胞集団が奏でる記憶情報のリプレイとの協調性や記憶定着との因果関係を、徐波の操作によって明らかにする。
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| Outline of Annual Research Achievements |
睡眠は、運動技能の習得や、視覚識別タスク、単語の学習等の様々な記憶の獲得に良い影響を与えることが報告されている。しかし、睡眠が記憶情報の定着にとって重要な生理現象であることが明らかであるにも関わらず、学習や新しい経験後の睡眠中に誘導され記憶の定着を促す機構とその改善法は不明である。本研究では、睡眠の質と連関する脳波である徐波の記憶定着への意義とその機構の解明、さらにその機構の操作法の確立を目的とする。この主題は、記憶研究の中でもその解明が待たれている、睡眠が記憶の定着にどのように良い影響を与えるのか？という疑問を解決する。さらに得られる知見は、これまでの認知症への対応と全く異なる発想に基づく、徐波の操作による記憶障害の治療のコンセプトを提唱する。
この実験の実施には、大脳皮質広域の活動を操作する技術と、記憶の定着の機構と考えられる海馬の記憶情報のリプレイ活動を計測する技術が必要である。我々は既に海馬のリプレイの計測・解析法を確立していることから、今年度は、大脳皮質の広域活動を光遺伝学的に操作するために、研究代表者と研究分担者が共同で独自に開発した薄膜型多点マイクロLEDシートをThy1-ChR2マウス（大脳皮質広域の神経細胞にChR2を発現する）に適用し、大脳皮質の広域をカバーしつつ、狙った領域の脳波も特異的に光操作できる方法を確立した。一方、徐波への介入を行う記憶障害モデルとして、空間認知記憶や海馬の場所細胞安定性に異常を示すアルツハイマー病モデルマウスを導入したことから、現在、このマウスを用いてエピソード記憶の簡便な行動評価法である、海馬依存的な場所記憶学習課題による行動解析を開始している。
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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
本研究では、空間認知記憶や海馬の場所細胞安定性に異常を示すアルツハイマー病モデルマウスにおける、光遺伝学的に誘導した人工徐波によるリプレイと空間記憶の改善を検討する。この際、選択的光活性化によりどの皮質領野への人工徐波の誘導が記憶改善に必須かを確認することで、高効率の記憶改善法を見出すことを目指しており、この実験に必要な薄膜型多点マイクロLEDシートをThy1-ChR2マウスに適用し、大脳皮質の広域をカバーしつつ、狙った領域の脳波も特異的に光操作できる方法を確立したため。
また、徐波への介入を行う記憶障害モデルとして、空間認知記憶や海馬の場所細胞安定性に異常を示すアルツハイマー病モデルマウスを導入しこのマウスを用いてエピソード記憶の簡便な行動評価法である、海馬依存的な場所記憶学習課題による行動解析を開始しているため。
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| Strategy for Future Research Activity |
今年度構築した光遺伝学的大脳皮質脳波の操作技術を適用し、新しい空間学習後の睡眠中脳波計測で高振幅徐波を同定すると、自動で多点LEDによる光操作によって人工干渉脳波（徐波とは異なる周波数）を発振するシステムを構築し、リプレイの出現や記憶の定着に対し及ぼす悪影響を検討する。さらに、空間認知記憶や海馬の場所細胞安定性に異常を示すアルツハイマー病モデルマウスにおける、光遺伝学的に誘導した人工徐波によるリプレイと空間記憶の改善を検討する。この際、選択的光活性化によりどの皮質領野への人工徐波の誘導が記憶改善に必須かを確認することで、高効率の記憶改善法を見出す。
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Report
(1 results)
Research Products
(5 results)
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[Presentation] 銀ナノワイヤを用いたフレキシブルマイクロLEDフィルムの初期検討2023
Author(s)
松井 壱渡, 東峰 佳伸, 神田 稜太, 北出 泰己, 西川 敦, Loesing Alexander, 上吉原 千賀子, 大川 宜昭, 関口 寛人
Organizer
第42回電子材料シンポジウム, 2023年10月11日-13日, 奈良
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