睡眠中の神経回路ダイナミズム

• Project Area: Principles of memory dynamism elucidated from a diversity of learning systems
• Project/Area Number: 26115503
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Biological Sciences
• Research Institution: University of Tsukuba
• Principal Investigator: 林 悠 筑波大学, 国際統合睡眠医科学研究機構, 准教授 (40525812)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2016-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2015)
• Budget Amount: ¥9,360,000 (Direct Cost: ¥7,200,000、Indirect Cost: ¥2,160,000); Fiscal Year 2015: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000); Fiscal Year 2014: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
• Keywords: 睡眠 / 神経科学 / 脳・神経 / 脳神経疾患

Outline of Annual Research Achievements

これまで謎であったレム睡眠の生理的意義に関して、神経可塑性に関わる可能性について検討した。そのため、マウスの脳幹において同定した、レム睡眠を強く抑制するニューロン群に神経興奮を誘発できる遺伝子を導入したところ、任意のタイミングでレム睡眠を遮断することに成功した。そこで、このマウスにおいて、一時的なレム睡眠遮断の効果を、睡眠中の脳波に注目して検討した。レム睡眠を遮断し続けたマウスでは、予想外のことに、ノンレム睡眠中の脳活動に次第に異変が現れた。すなわち、ノンレム睡眠中に生じて神経可塑性への関与が知られる徐波と呼ばれるゆっくりとした同調的な脳活動が次第に低下した。レム睡眠遮断が終了し、レム睡眠が復活すると、その直後にノンレム睡眠中の徐波も回復した。一方、覚醒時もレム睡眠と似た脳活動を示すが、覚醒にはレム睡眠ほど強い徐波促進作用は認められなかった。以上、レム睡眠の一つの役割は、ノンレム睡眠中に現れる徐波を強化することだと示唆された。徐波は、シナプス可塑性や記憶学習への関与が知られている。本結果から、レム睡眠には徐波をノンレム睡眠中に促進し、記憶学習に貢献する可能性が示唆された。以上の結果について、科学誌へ投稿した（Hayashi et al., Science, 2015)。

Research Progress Status

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Cells of a common developmental origin regulate REM/non-REM sleep and wakefulness in mice (2015)
  • Author(s): Yu Hayashi, Mitsuaki Kashiwagi, Kosuke Yasuda, Reiko Ando, Mika Kanuka, Kazuya Sakai, Shigeyoshi Itohara
  • Journal Title: Science Volume: 350 Issue: 6263 Pages: 957-961
  • DOI: 10.1126/science.aad1023
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Thalamic adenylyl cyclase 1 is required for barrel formation in the somatosensory cortex (2015)
  • Author(s): A. SUZUKI, L.-J. LEE, Y. HAYASHI, L. MUGLIA, R. S. ERZURUMLU, S. ITOHARA, T. IWASATO.
  • Journal Title: Neuroscience Volume: 290 Pages: 518-529
  • DOI: 10.1016/j.neuroscience.2015.01.043
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Thalamic NMDA receptor function is necessary for patterning of the thalamocortical somatosensory map and for sensorimotor behaviors. (2014)
  • Author(s): Hiroyuki Arakawa, Ayumi Suzuki, Shuxin Zhao, Vassiliy Tsytsarev, Fu-Sun Lo, Yu Hayashi, Shigeyoshi Itohara, Takuji Iwasato, and Reha S. Erzurumlu.
  • Journal Title: The Journal of Neuroscience Volume: 34(36) Issue: 36 Pages: 12001-12014
  • DOI: 10.1523/jneurosci.1663-14.2014
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] Identification of a sleep regulatory circuit and implications for the function of REM sleep (2016)
  • Author(s): 林 悠
  • Organizer: 第93回日本生理学会大会
  • Place of Presentation: 札幌コンベンションセンター（北海道札幌市）
  • Year and Date: 2016-03-22
  • Invited
• [Presentation] Identification of brainstem neurons that play critical roles in sleep/wake and REM/NREM sleep regulation (2015)
  • Author(s): 柏木 光昭
  • Organizer: BMB2015（第38回日本分子生物学会年会、第88回日本生化学会大会 合同大会）
  • Place of Presentation: 神戸ポートピアホテル（兵庫県神戸市）
  • Year and Date: 2015-12-01
• [Presentation] Cells of a common developmental origin regulate REM/non-REM sleep and wake (2015)
  • Author(s): 林 悠
  • Organizer: 第22回日本時間生物学会学術大会「脳と時間」
  • Place of Presentation: 東京大学 福武ホール（東京都文京区）
  • Year and Date: 2015-11-21
  • Invited
• [Presentation] 幼児マウスの大脳活動における母子間相互作用の効果とその神経基盤 (2015)
  • Author(s): 林 悠
  • Organizer: 日本睡眠学会第40回定期学術集会
  • Place of Presentation: 宇都宮東武ホテルグランデ（栃木県宇都宮市）
  • Year and Date: 2015-07-03
  • Invited
• [Presentation] How the brain generates REM sleep (2014)
  • Author(s): Yu Hayashi
  • Organizer: Tsukuba Global Science Week 2014
  • Place of Presentation: 筑波大学（茨城県；つくば市）
  • Year and Date: 2014-09-28
  • Invited
• [Presentation] Genetic dissection of the REM-non-REM sleep switch (2014)
  • Author(s): Yu Hayashi
  • Organizer: The 68th Fujihara Seminar
  • Place of Presentation: 天城ホームステッド（静岡県；伊豆市）
  • Year and Date: 2014-09-26
  • Invited
• [Book] 睡眠マネジメント―産業衛生・疾病との係わりから最新改善対策まで― (2014)
  • Author(s): 林 悠、宮崎 慎一
  • Total Pages: 354
  • Publisher: NTS
• [Remarks] 林悠研究室公式ホームページ
  • URL: http://hayashi.wpi-iiis.tsukuba.ac.jp/index.html
• [Remarks] 筑波大学国際統合睡眠医科学研究機構林研究室紹介ウェブサイト
  • URL: http://hayashi.wpi-iiis.tsukuba.ac.jp/index.html