Analysis of relationship between hippocampal place cell plasticity and dendritic backpropagations

• Project/Area Number: 25560435
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Research Field: Brain biometrics
• Research Institution: Doshisha University
• Principal Investigator: Takahashi Susumu 同志社大学, 研究開発推進機構, 准教授 (20510960)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2017-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2016)
• Budget Amount: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2015: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000); Fiscal Year 2014: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000); Fiscal Year 2013: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
• Keywords: 場所細胞 / 海馬 / マルチニューロン活動記録

Outline of Final Research Achievements

To decipher the relationship between plasticity and dendritic backpropagations of hippocampal place cells, we developed a novel technique that selectively stimulates specific types of neurons and records both neuronal and EEG activities simultaneously. The core of the technique, called microdrive, is capable of independently moving recording electrodes and optic fibers for optical stimulation. Using the microdrive, we activated the activity of parvalbumin (PV) positive neurons at some frequencies. The results suggested that the firing rates of pyramidal neurons and coherence between stimulation pattern and pyramidal cells’ firings increased within specific frequency ranges. Using the present method to manipulate dendritic backpropagations, we will elucidate the relationship between plasticity and dendritic backpropagations.

Research Products

• [Journal Article] Hippocampal-prefrontal theta phase synchrony in planning of multi-step actions based on memory retrieval (2017)
  • Author(s): Ishino, S., Takahashi, S., Ogawa, M. and Sakurai, Y.
  • Journal Title: European Journal of Neuroscience Volume: 45 Issue: 10 Pages: 1313-1324
  • DOI: 10.1111/ejn.13547
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] 脳内ナビゲーション・システム―海馬の場所細胞― (2017)
  • Author(s): 髙橋晋、井出薫
  • Journal Title: 日本ロボット学会誌 Volume: 印刷中
• [Journal Article] Using a novel PV-Cre rat model to characterize pallidonigral cells and their terminations. (2016)
  • Author(s): Oh Y-M, Karube F, Takahashi S, Kobayashi K, Takada M, Uchigashima M, Watanabe M, Nishizawa K, Kobayashi K, *Fujiyama F
  • Journal Title: Brain Struct Funct Volume: 印刷中 Issue: 5 Pages: 2359-2378
  • DOI: 10.1007/s00429-016-1346-2
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Similarity in neuronal firing regimes across mammalian species (2016)
  • Author(s): Yasuhiro Mochizuki, ..., Ichiro Fujita, et al.
  • Journal Title: Journal of Neuroscience Volume: 36 Issue: 21 Pages: 5736-5747
  • DOI: 10.1523/jneurosci.0230-16.2016
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] 大脳基底核の機能と構造 (2016)
  • Author(s): 藤山文乃、髙橋晋、苅部冬紀
  • Journal Title: Clinical Neuroscience Volume: 35 Pages: 268-270
• [Journal Article] 海馬にある場所細胞群の活動から意図した移動行動を解読する (2016)
  • Author(s): 高橋晋
  • Journal Title: Clinical Neuroscience Volume: 34 Pages: 164-167
• [Journal Article] Episodic-like memory trace in awake replay of hippocampal place cell activity sequences (2015)
  • Author(s): Takahashi, S.
  • Journal Title: eLife Volume: 4 Pages: 1-22
  • DOI: 10.7554/elife.08105
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Theta oscillation and neuronal activity in rat hippocampus are involved in temporal discrimination of time in seconds (2015)
  • Author(s): Nakazono, T., Sano, T., Takahashi, S., Sakurai, Y.
  • Journal Title: Frontiers in Systems Neuroscience Volume: 9 Pages: 1-12
  • DOI: 10.3389/fnsys.2015.00095
  • NAID: 120005947020
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] 大脳基底核を巡る伝導路 (2015)
  • Author(s): 高橋晋、藤山文乃
  • Journal Title: Clinical Neuroscience Volume: 33 Pages: 767-771
• [Journal Article] 大脳基底核を巡る伝導路 (2015)
  • Author(s): 髙橋晋、藤山文乃
  • Journal Title: Clinical Neuroscience Volume: In Press
• [Journal Article] Morphological elucidation of basal ganglia circuits contributing reward prediction (2015)
  • Author(s): 2.Fujiyama, S., Takahashi, S., and Karube, F.
  • Journal Title: Frontiers in Neuroscience Volume: 9:6 Pages: 1-8
  • DOI: 10.3389/fnins.2015.00006
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] 脳内ナビゲーション・システム ―場所細胞と格子細胞の発見― (2014)
  • Author(s): 髙橋晋
  • Journal Title: 現代化学 Volume: 525 Pages: 22-26
• [Journal Article] Volitional enhancement of firing synchrony and oscillation by neuronal operant conditioning: interaction with neurorehabilitation and brain-machine interface. (2014)
  • Author(s): Sakurai, Y., Song, K., Tachibana, S. and Takahashi, S.
  • Journal Title: Frontiers in Systems Neuroscience Volume: 8 Pages: 1-11
  • DOI: 10.3389/fnsys.2014.00011
  • NAID: 120005385894
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Oscillatory interaction between amygdala and hippocampus coordinates behavioral modulation based on reward expectation. (2013)
  • Author(s): Terada, S., Takahashi, S., and Sakurai, Y.
  • Journal Title: Frontiers in Behavioral Neuroscience Volume: 7 (177) Pages: 1-12
  • DOI: 10.3389/fnbeh.2013.00177
  • NAID: 120005349005
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Diverse synchrony of firing reflects diverse cell-assemlby coding in the prefrontal cortex (2013)
  • Author(s): Sakurai, Y., Nakazono, T., Ishino, S., Terada, S., Yamaguchi, K. and Takahashi, S.
  • Journal Title: Journal of Physiology-Paris Volume: 107 Issue: 6 Pages: 459-470
  • DOI: 10.1016/j.jphysparis.2013.05.004
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Exploring the neural substrate for supporting episodic memory in the hippocampus from a place cell perspective (2013)
  • Author(s): Takahashi, S.
  • Journal Title: Japanese Psychological Review Volume: 56 Pages: 186-200
  • Peer Reviewed
• [Presentation] パーキンソン病モデルマウスの一次運動野における光遺伝学を活用した神経細胞活動の操作 (2016)
  • Author(s): 高橋晋, 小林 憲太, 苅部 冬紀, 藤山 文乃
  • Organizer: 第39回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜（神奈川県横浜市）
• [Presentation] 淡蒼球外節から黒質緻密部ドーパミンニューロンへの抑制性入力を解明する (2016)
  • Author(s): 呉 胤美, 苅部 冬紀, 高橋晋, 小林 憲太, 高田 昌彦, 小林 和人, 藤山 文乃
  • Organizer: 第39回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜（神奈川県横浜市）
• [Presentation] 報酬確率学習課題中の海馬における神経表象 (2016)
  • Author(s): 高橋 裕美, 廣川 純也, 高橋晋, 櫻井 芳雄
  • Organizer: 第39回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜（神奈川県横浜市）
• [Presentation] マウス淡蒼球外節におけるNeurokinin-1受容体陽性細胞の形態学的・電気生理学的性質を解明する (2016)
  • Author(s): 水谷 和子, 苅部 冬紀, 高橋晋, 小林 憲太, 藤山 文乃
  • Organizer: 第39回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜（神奈川県横浜市）
• [Presentation] ラットの海馬・前頭前野における再学習中の神経機構 (2016)
  • Author(s): 町野友理, 高橋晋, 櫻井芳雄
  • Organizer: 第39回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜（神奈川県横浜市）
• [Presentation] ラット皮質における随意的発火調節のニューロン集団間での転移 (2016)
  • Author(s): 宋 基燦, 高橋晋, 櫻井芳雄
  • Organizer: 第39回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜（神奈川県横浜市）
• [Presentation] Transfer of operantly conditioned firings between different neuron groups with BMI in rats (2015)
  • Author(s): Song, K., Takahashi, S., Sakurai Y.
  • Organizer: Society for Neuroscience meeting
  • Place of Presentation: Chicago, USA
  • Year and Date: 2015-10-21
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] ルールスイッチングにおけるラット海馬のシータ・ガンマカップリング (2015)
  • Author(s): 中園智晶、高橋晋、櫻井芳雄
  • Organizer: 第24 回海馬と高次脳機能学会
  • Place of Presentation: 岐阜市、岐阜県
  • Year and Date: 2015-10-11
• [Presentation] 海馬場所細胞群の活動リプレイは記憶に基づくナビゲーション計画を表現する (2015)
  • Author(s): 高橋晋
  • Organizer: 第38回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: 神戸市、兵庫県
  • Year and Date: 2015-07-30
• [Presentation] ルール学習中のラット海馬におけるシータ―ガンマ・カップリングはガンマ波のタイプによって異なる (2015)
  • Author(s): 中園智晶、高橋晋、櫻井芳雄
  • Organizer: 第38回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: 神戸市、兵庫県
  • Year and Date: 2015-07-30
• [Presentation] Rule switching affects cross-frequency couplings in rat hippocampus (2015)
  • Author(s): Nakazono, T., Takahashi, S., Sakurai, Y.
  • Organizer: 5th International Conference on Cognitive Neurodynamics 2015
  • Place of Presentation: Sanya, China
  • Year and Date: 2015-06-05
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Hippocampal-prefrontal coordination is involved in recall of learned sequences in rats (2014)
  • Author(s): Ishino, S., Takahashi, S. and Sakurai, Y.
  • Organizer: Society for Neuroscience meeting
  • Place of Presentation: Washington, DC
  • Year and Date: 2014-11-19
• [Presentation] Timed pauses of simple spikes and up-and-down patterns of deep cerebellar nucleus activity code cerebellar temporal processing during voluntary movement tasks (2014)
  • Author(s): Yamaguchi, K., Takahashi, S., Sakurai, Y.
  • Organizer: Society for Neuroscience meeting
  • Place of Presentation: Washington, DC
  • Year and Date: 2014-11-18
• [Presentation] 衝動性の制御における内側前頭皮質の機能と可塑性を解明するためのブレイン―マシン・インターフェイス (2014)
  • Author(s): 立花 湘太,高橋 晋,櫻井 芳雄
  • Organizer: 第37回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: 横浜
  • Year and Date: 2014-09-13
• [Presentation] パーキンソン病症状を改善する閉回路式脳深部刺激法の開発に向けた試み (2014)
  • Author(s): 高橋 晋
  • Organizer: 第37回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: 横浜
  • Year and Date: 2014-09-12
• [Presentation] 学習した系列の想起に関連する海馬-前頭連合野ネットワークの協調的活動 (2014)
  • Author(s): 石野 誠也、高橋 晋、櫻井 芳雄
  • Organizer: 第37回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: 横浜
  • Year and Date: 2014-09-12
• [Presentation] ラット海馬シータオシレーションは時間間隔弁別に関与する (2014)
  • Author(s): 中園 智晶、高橋 晋、櫻井 芳雄
  • Organizer: 第37回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: 横浜
  • Year and Date: 2014-09-11
• [Presentation] Rule switching affects theta-gamma coupling in rat hippocampus (2013)
  • Author(s): Nakazono, T, Takahashi, S. and Sakurai, Y.
  • Organizer: Society for Neuroscience meeting
  • Place of Presentation: USA
• [Presentation] 海馬は文脈情報を階層化してエピソードを形成する (2013)
  • Author(s): 高橋 晋
  • Organizer: 第36回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: 京都
• [Presentation] ラット淡蒼球外節の投射様式を領域ごとに解析する (2013)
  • Author(s): 藤山 文乃,中野 隆,松田 和郎,呉 胤美,水谷 和子,古田 隆寛,苅部 冬紀,高橋 晋,雲財 知,宇田川 潤,金子 武嗣
  • Organizer: 第36回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: 京都
• [Presentation] ラット淡蒼球外節と直接路・間接路との関係を形態学的に解析する (2013)
  • Author(s): 水谷 和子,苅部 冬紀,高橋 晋,雲財 知,藤山 文乃
  • Organizer: 第36回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: 京都
• [Presentation] ラットのリズムに基づく行動中または時間間隔に基づく行動中に見られる小脳活動 (2013)
  • Author(s): 山口 健治,高橋 晋,櫻井 芳雄
  • Organizer: 第36回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: 京都
• [Presentation] 海馬と扁桃体間のガンマオシレーションの同期は報酬予測による行動調節に寄与する (2013)
  • Author(s): 寺田 慧、高橋 晋、 櫻井 芳雄
  • Organizer: 第36回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: 京都