Neural mechanisms underlying temporal association memory

• Project Area: The Science of Mental Time: investigation into the past, present, and future
• Project/Area Number: 16H01495
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Complex systems
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 大原 慎也 東北大学, 生命科学研究科, 助教 (10570038)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2018-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2017)
• Budget Amount: ¥7,800,000 (Direct Cost: ¥6,000,000、Indirect Cost: ¥1,800,000); Fiscal Year 2017: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2016: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000)
• Keywords: 外側嗅内皮質 / 局所回路 / 嗅内皮質 / カルビンジン陽性ニューロン

Outline of Annual Research Achievements

外側嗅内皮(LEC)は記憶に重要な脳領域(海馬、内側前頭前野mPFC、嗅周囲皮質)と強い結合を持ち、記憶形成に重要な役割を果たすことが知られている。本研究の目的は、このLECの局所回路の構造を明らかにするとともに、記憶形成におけるLEC局所回路の役割を解明することである。
これまでにLECⅡ層錐体細胞（カルビンジン陽性細胞）が非常に強い領域内投射を持ち、LEC表層と内側嗅内皮質I層に投射することを明らかにした。この結果は、カルビンジン陽性細胞が嗅内皮質‐海馬路の情報伝達に深く関与することを示唆している。
本年度はさらにLEC深層ニューロンが形成する局所回路にも注目した。海馬から皮質領域への出力を中継するLECV層は、海馬に一時的に蓄えられている情報を皮質へと移行し長期記憶を形成する上で重要な役割を果たしていると考えられている。しかし、皮質領域に出力するVa層が海馬からの入力を受け取らないことが近年の研究で示されたことにより、これまで提唱されてきた海馬‐皮質出力路に疑問が生じた。我々は狂犬病ウイルスによる経シナプス性トレーシング法を用いることで、海馬からの直接入力を受け取るVb層ニューロンがVa層ニューロンに入力することを示し、この疑問を解決した。また、Vb層ニューロンがLEC表層にも軸索を延ばし、海馬投射細胞に入力することを示した（日本神経科学2017, LBA020、SfN 2017, 83.24）。さらに、記憶形成に深く関与するmPFCと内側中隔野(MS)からの入力についても調べ、mPFCはVb層選択的に投射するのに対し、MSはVa層選択的に投射することを示した。
本研究により、記憶形成の神経基盤であるLEC局所回路の構造の一端が明らかとなった。mPFCやMSからの入力がLEC局所回路の情報伝達をどのように修飾し記憶形成に関わっているのかについては今後の課題である。

Research Progress Status

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] NTNU(Norway)
• [Int'l Joint Research] NTNU(Norway)
• [Journal Article] Sex Differences in Risk Preference and c-Fos Expression in Paraventricular Thalamic Nucleus of Rats During Gambling Task (2018)
  • Author(s): Ishii H, Onodera M, Ohara S, Tsutsui KI, Iijima T
  • Journal Title: Front. Behav. Neurosci. Volume: - Pages: 68-68
  • DOI: 10.3389/fnbeh.2018.00068
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Architecture of the Entorhinal Cortex A Review of Entorhinal Anatomy in Rodents with Some Comparative Notes. (2017)
  • Author(s): Witter MP, Doan TP, Jacobsen B, Nilssen ES, Ohara S
  • Journal Title: Front Syst Neurosci. Volume: 11:46.
  • DOI: 10.3389/fnsys.2017.00046
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Increased transgene expression level of rabies virus vector for transsynaptic tracing. (2017)
  • Author(s): Ohara S, Sota Y, Sato S, Tsutsui KI, Iijima T
  • Journal Title: PLOS ONE Volume: 12(7) Issue: 7 Pages: e0180960-e0180960
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0180960
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Parahippocampal and retrosplenial connections of rat posterior parietal cortex. (2017)
  • Author(s): Olsen GM, Ohara S, Iijima T, Witter MP
  • Journal Title: Hippocampus Volume: 27(4) Issue: 4 Pages: 335-358
  • DOI: 10.1002/hipo.22701
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Presentation] ラットの海馬長軸方向に沿った歯状回とCA1領域への入力回路の同定―ウイルスベクターを用いた解剖学的研究 (2017)
  • Author(s): 大原 慎也, 石井 宏憲, 日置 寛之, 筒井 健一郎, Witter P Menno, 飯島 敏夫
  • Organizer: 第40回日本神経科学大会
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] ラットの嗅内皮質Vb層ニューロンが形成する局所回路の解剖学的解析 (2017)
  • Author(s): 小野寺 麻理子, 大原 慎也, 吉野 倫太郎, 筒井 健一郎, Witter P Menno, 飯島 敏夫
  • Organizer: 第40回日本神経科学大会
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 複数マウスの脳活動を自由行動下で同時計測可能な化学発光膜電位センサーの開発 (2017)
  • Author(s): 稲垣 成矩, 揚妻 正和, 筒井 秀和, 大原 慎也, 新井 由之, 鈴木 和志, 神野 有香, 松田 知己, 飯島 敏夫, 岡村 康司, 永井 健治
  • Organizer: 第40回日本神経科学大会
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Intrinsic projection of entorhinal layer Vb neurons of the rat (2017)
  • Author(s): Onodera, M., Ohara, S., Iijima T., Witter MP., Tsutsui, KI.
  • Organizer: 47th Annual meeting of the Society for Neuroscience
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Biphasic change in water diffusion MRI signals in the hippocampus of the rat brains following training of the Barnes maze task across the successive 2-days and 6-days sessions. (2017)
  • Author(s): Abe M, Takano Y., Higuchi TA., Ryoke R., Ohara S., Taki Y., Kawashima R.
  • Organizer: 47th Annual meeting of the Society for Neuroscience
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Connectional differences between calbindin-positive neurons in the medial and lateral entorhinal cortex of the rat. (2017)
  • Author(s): Ohara, S.
  • Organizer: Spring Hippocampal Research Conference
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Efferent projections of the calbindin-positive entorhinal neurons in the rat: Connectional differences between the medial and lateral entorhinal cortex. (2016)
  • Author(s): Ohara S., Itou K., Shiraishi M., Gianatti M., Sota Y., Kabashima S., Onodera M., Tsutsui K-I., Witter, M., Iijima T.
  • Organizer: 46th Annual meeting of the Society for Neuroscience
  • Place of Presentation: San Diego Convention Center, San Diego, USA
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Connectional differences between calbindin positive neurons in the medial and lateral entorhinal cortex of the rat. (2016)
  • Author(s): Ohara S., Itou K., Shiraishi M., Gianatti M., Sota Y., Kabashima S., Onodera M., Tsutsui K-I., Witter, M., Iijima T.
  • Organizer: The 39th Annual Meeting of the Japan Neuroscience Society
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜（神奈川県・横浜市）
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Connectional differences between layer Va and Vb neurons in the lateral entorhinal cortex of the rat. (2016)
  • Author(s): Onodera M., Ohara S., Shiraishi M., Itou K., Tsutsui K-I., Witter, M., Iijima T.
  • Organizer: The 39th Annual Meeting of the Japan Neuroscience Society
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜（神奈川県・横浜市）
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Decision related activities of anterior insular and orbitofrontal cortex in a gambling behavior of rats. (2016)
  • Author(s): Ishii H., Kaizu Y., Takahashi S., Ohara S., Tobler P., Tsutsui K-I., Iijima T.
  • Organizer: 46th Annual meeting of the Society for Neuroscience
  • Place of Presentation: San Diego Convention Center, San Diego, USA
  • Int'l Joint Research