Unravel information dynamics and physiological functions among brain regions in different sleep stages
Publicly Offered Research
| Project Area | Brain information dynamics underlying multi-area interconnectivity and parallel processing |
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| Project/Area Number |
20H05047
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Review Section |
Complex systems
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
常松 友美 東北大学, 生命科学研究科, 助教 (80726539)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2022-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2021)
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| Budget Amount *help |
¥5,720,000 (Direct Cost: ¥4,400,000、Indirect Cost: ¥1,320,000)
Fiscal Year 2021: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000)
Fiscal Year 2020: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000)
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| Keywords | ノンレム睡眠 / レム睡眠 / PGO波 / 脳幹 / 海馬 / 光遺伝学 / 記憶 / 大規模細胞外記録 |
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| Outline of Research at the Start |
睡眠ステージはノンレム睡眠とレム睡眠からなるが、それぞれ全く異なる神経活動を呈する。申請者はそれぞれの睡眠ステージにおいて、情報の流れの方向や大きさが全く異なるのではないかと考えている。本研究ではマウスを用いて、睡眠時他脳領域間神経活動ダイナミクスを解析する。さらに睡眠時特異的な脳幹脳波（PGO波）を光操作することで、睡眠ステージと記憶の定着・消去の相関関係を明らかにする。異なる睡眠ステージでの脳情報動態の違いこそが生理的役割に違いを生み出しているという仮説を検討する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
我々ほ乳類の睡眠ステージは、ノンレム睡眠とレム睡眠からなる。ノンレム睡眠とレム睡眠は、同じ睡眠状態であっても、神経活動がそれぞれ同期、脱同期し、全く異なる脳状態をとる。また、記憶の定着・消去では、異なる睡眠ステージで、相反する役割を担っていることが示唆されてきている。ノンレム睡眠とレム睡眠は、等しく外部からの感覚入力が遮断された状態である。しかしながら、なぜこのような全く様相の違う神経活動、生理的役割を持ちうるのか、そのメカニズムは全く分かっていない。我々は、それぞれの睡眠ステージにおいて、情報の流れの方向や大きさ、つまり脳内情報伝達動態が全く異なるのではないかと考えている。さらに、その動態の違いこそが、ノンレム睡眠とレム睡眠の生理的役割である記憶の定着・消去に違いを生み出しているのではないかと予想している。本研究では、睡眠中に脳幹で発生するPonto-geniculo-occipital（PGO）波に着目し、ノンレム睡眠、およびレム睡眠における脳内情報伝達の方向や大きさの差異をマウスを用いて明らかにする。また、これまでの研究からPGO波の発生頻度と恐怖条件消去学習の成立に正の相関があることが示されており、PGO波は記憶学習において重要な役割を果たしていると考えられる。そこで、光遺伝学的手法を用いて、PGO波の発生頻度をノンレム睡眠、あるいはレム睡眠特異的に制御することで脳波や神経活動を制御した結果、記憶定着・消去にどのような影響を及ぼすか検討する。本研究により、睡眠ステージに応じた脳内情報伝達と記憶の相関関係を明らかにする。本研究は、ノンレム睡眠とレム睡眠の生理的機能の違いを生み出すメカニズムを追求し、2つの睡眠ステージの存在意義に迫る。
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| Research Progress Status |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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Report
(2 results)
Research Products
(17 results)
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[Journal Article] Intracellular ATP levels in mouse cortical excitatory neurons varies with sleep-wake states2020
Author(s)
A. Natsubori, T. Tsunematsu, A. Karashima, H. Imamura, N. Kabe, A. Trevisiol, J. Hirrlinger, T. Kodama, T. Sanagi, K. Masamoto, N. Takata, K-A Nave, K. Matsui, K.F. Tanaka, M. Honda
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Journal Title
Communications Biology
Volume: 3
Issue: 1
Pages: 491-491
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Presentation] Glutamatergic projection from the lateral habenula to the dorsal raphe nucleus escalates aggressive behavior of male mice2021
Author(s)
Aki Takahashi, Meghan E Flanigan, Tomomi Tsunematsu, Hossein Aleyasin, Yoan Cherasse, Ken Miya, Takuya Okada, Kazuko Masu, Kenji F Tanaka, Akihiro Yamanaka, Sonoko Ogawa, Scott J Russo
Organizer
第44回日本神経科学大会
Related Report
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[Presentation] Involvement the lateral habenul-dorsal raphe nucleus-ventral tegmental area projection in social instigation-heightened aggression in male mice2021
Author(s)
Aki Takahashi, Meghan E Flanigan, Tomomi Tsunematsu, Hossein Aleyasin, Yoan Cherasse, Ken Miya, Takuya Okada, Kazuko Keino-Masu, Michael Lazarus, Kenji F Tanaka, Akihiro Yamanaka, Sonoko Ogawa, Scott J Russo
Organizer
Neuroscience 2021
Related Report
Int'l Joint Research
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