運動学習における長期記憶機構の研究

• Project Area: Principles of memory dynamism elucidated from a diversity of learning systems
• Project/Area Number: 26115504
• 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: Saitama University
• Principal Investigator: 中井 淳一 埼玉大学, 理工学研究科, 教授 (80237198)
• 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: 運動学習 / カルシウム / 記憶 / 定着 / 長期記憶 / G-CaMP / ゼブラフィッシュ

Outline of Annual Research Achievements

記憶の定着がどのように起こるのか、また、良く知られた記憶の中枢である海馬と運動学習における中枢である小脳で、記憶の定着のメカニズムの違いや共通点は何かなど、記憶の定着についてはまだよく分かっていないことが多い。運動学習の短期記憶について、小脳における運動学習では記憶が小脳皮質でおこると考えられている。しかし、記憶の定着がどのように起こるのか、そのメカニズムはまだよくわかっていない。本研究では、運動学習に関する短期記憶のメカニズムの解明を行う。
小脳学習の定着のメカニズムが解明される。記憶の理解が進むことにより、短期記憶と長期記憶の分子機構の違いが明らかになる。また、この成果は海馬などの記憶の定着のメカニズムとの相同性や、違いを知ることにつながり、脳における長期記憶の全体像の理解が深まる。老化で記憶力が落ちるメカニズムの解明やその対処法、記憶に関するヒトの疾患の原因解明、脳卒中後のリハビリの効率化や、スポーツ強化にもつながる可能性がある。
ゼブラフィッシュを用いて、optokinetic response（OKR） 用視覚刺激装置を作成し、サッケードの角度、速度を解析した。この装置を用いて、OKRの学習を行わせ、学習後のサッカードの角度、速度を解析した。エンハンサートラップラインを用いてG-CaMPを小脳顆粒細胞、下オリーブ核、Eurydendroid cellに発現させ、その際の小脳の顆粒細胞、下オリーブ核の細胞活動をG-CaMPを用いたカルシウムイメージングを用いて解析を行った。今後はプルキンエ細胞にG-CaMPを発現するトランスジェニックラインを用いたカルシウムイメージングによりさらに解析を行っていく必要がある。

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] Calcium imaging reveals glial involvement in transcranial direct current stimulation-induced plasticity in mouse brain (2016)
  • Author(s): H Monai, M Ohkura, M Tanaka, Y Oe, A Konno, H Hirai, K Mikoshiba, S Itohara, J Nakai, Y Iwai & H Hirase
  • Journal Title: Nature communications Volume: 7 Issue: 1 Pages: 11100-11100
  • DOI: 10.1038/ncomms11100
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] JSAP1/JIP3 and JLP regulate kinesin-1-dependent axonal transport to prevent neuronal degeneration. (2015)
  • Author(s): Sato T, Ishikawa M, Mochizuki M, Ohta M, Ohkura M, Nakai J, Takamatsu N, Yoshioka K
  • Journal Title: Cell Death Differ Volume: - Issue: 8 Pages: 1260-1274
  • DOI: 10.1038/cdd.2014.207
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A top-down cortical circuit for accurate sensory perception (2015)
  • Author(s): Manita S, Suzuki T, Homma C, Matsumoto T, Odagawa M, Yamada K, Ota K, Matsubara C, Inutsuka A, Sato M, Ohkura M, Yamanaka A, Yanagawa Y, Nakai J, Hayashi Y, Larkum ME, Murayama M
  • Journal Title: Neuron Volume: 86(5) Issue: 5 Pages: 1304-16
  • DOI: 10.1016/j.neuron.2015.05.006
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Generation and imaging of transgenic mice that express G-CaMP7 under a tetracycline response element (2015)
  • Author(s): Masaaki Sato, Masako Kawano, Masamichi Ohkura, Keiko Gengyo-Ando, Junichi Nakai and Yasunori Hayashi
  • Journal Title: PLoS ONE Volume: 未定 Issue: 5 Pages: 1-13
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0125354
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Comparison of genetically encoded calcium indicators for monitoring action potentials in mammalian brain by two-photon excitation fluorescence microscopy. (2015)
  • Author(s): Podor B, Hu Y, Ohkura M, Nakai J, Croll R, Fine A
  • Journal Title: Neurophotonics Volume: 2(2):021014 Issue: 2 Pages: 1-7
  • DOI: 10.1117/1.nph.2.2.021014
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] RING finger protein 121 facilitates the degradation and membrane localization of voltage-gated sodium channels (2015)
  • Author(s): Ogino, K., Low, S.E., Yamada, K., Saint-Amant, L., Zhou, W., Muto, A., Asakawa, K., Nakai, J., Kawakami, K., Kuwada, J.Y., and Hirata, H.
  • Journal Title: Proc. Natl. Acad. Sci. USA Volume: 112 Issue: 9 Pages: 2859-2864
  • DOI: 10.1073/pnas.1414002112
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Rational design of a high-affinity, fast, red calcium indicator R-CaMP2. (2015)
  • Author(s): Inoue M, Takeuchi A, Horigane S, Ohkura M, Gengyo-Ando K, Fujii H, Kamijo S, Takemoto-Kimura S, Kano M, Nakai J, Kitamura K, Bito H
  • Journal Title: Nat Methods Volume: 12 Issue: 1 Pages: 64-70
  • DOI: 10.1038/nmeth.3185
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Mitochondrial Ca2+ uptake by the voltage-dependent anion channel 2 regulates cardiac rhythmicity. (2014)
  • Author(s): Shimizu H, Schredelseker J, Huang J, Lu K, Naghdi S, Lu F, Franklin S, Fiji HD, Wang K, Zhu H, Tian C, Lin B, Nakano H, Ehrlich A, Nakai J, Stieg AZ, Gimzewski JK, Nakano A, Goldhaber JI, Vondriska TM, Hajnoczky G, Kwon O, Chen JN.
  • Journal Title: Elife Volume: 4 Pages: 1-20
  • DOI: 10.7554/elife.04801
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Reward-timing-dependent bidirectional modulation of cortical microcircuits during optical single-neuron operant conditioning. (2014)
  • Author(s): Hira R et al.
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 5 Issue: 1 Pages: 5551-5551
  • DOI: 10.1038/ncomms6551
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Excitation propagation in three-dimensional engineered hearts using decellularized extracellular matrix. (2014)
  • Author(s): Yasui H, Lee JK, Yoshida A, Yokoyama T, Nakanishi H, Miwa K, Naito AT, Oka T, Akazawa H, Nakai J, Miyagawa S, Sawa Y, Sakata Y, Komuro I
  • Journal Title: Biomaterials Volume: 35 Issue: 27 Pages: 7839-7850
  • DOI: 10.1016/j.biomaterials.2014.05.080
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Toll-like receptor 9 protects non-immune cells from stress by modulating mitochondrial ATP synthesis through the inhibition of SERCA2. (2014)
  • Author(s): Shintani Y, Drexler HC, Kioka H, Terracciano CM, Coppen SR, Imamura H, Akao M, Nakai J, Wheeler AP, Higo S, Nakayama H, Takashima S, Yashiro K, Suzuki K.
  • Journal Title: EMBO Reports Volume: 15 Issue: 4 Pages: 438-445
  • DOI: 10.1002/embr.201337945
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Large-scale imaging of subcellular calcium dynamics of cortical neurons with G-CaMP6-actin (2014)
  • Author(s): 小林千晃, 他
  • Journal Title: Neuroreport Volume: 25(7) Issue: 7 Pages: 501-506
  • DOI: 10.1097/wnr.0000000000000126
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 意識下活動動物からの特定神経活動記録法の開発 (2016)
  • Author(s): 山下哲, 犬束歩, Srikanta Chowdhury, 中井淳一, 大倉正道, 田口徹, 桑木共之, 山中章弘
  • 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
• [Presentation] 光刺激・計測によるマウス大脳皮質層間信号統合のin vivo解析 (2016)
  • Author(s): 小泉協, 佐藤正晃, 大倉正道, 中井淳一, 林康紀, 八尾寛
  • 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
• [Presentation] ２光子イメージング法での神経発火活動の検出に適した蛍光カルシウムプローブ蛋白質の比較検討 (2016)
  • Author(s): 大倉正道, Borbala Podor, Yi-ling Hu, Roger Croll, Alan Fine, 中井淳一
  • Organizer: 第89回日本薬理学会年会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜（神奈川県横浜市）
  • Year and Date: 2016-03-09
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] G-CaMP7発現マウス大脳皮質脳細胞活動の細胞-領野スケール長期イメージング実験解析法 (2015)
  • Author(s): 茂木優貴, 安藤恵子, 沖篤志, 岩井陽一, 毛内拡, 平瀬肇, 大倉正道, 中井淳一
  • Organizer: 第38回日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: 神戸国際会議場（兵庫県神戸市）
  • Year and Date: 2015-12-01
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Real-time visualization of neuronal activity in zebrafish and C. elegans. (2015)
  • Author(s): Nakai J, Ohkura M, Kagawa-Nagamura Y, Muto A, Inoue M, Bito H, Kawakami K, Gengyo-Ando K
  • Organizer: 第38回日本神経科学大会シンポジウム
  • Place of Presentation: 神戸国際会議場（兵庫県神戸市）
  • Year and Date: 2015-07-28
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] A new transgenic mouse model revealed a role of astrocytic calcium in vivo (2015)
  • Author(s): Tanaka M, Shih P-Y, Gomi H, Yoshida T, Nakai J, Ando R, Furuichi T, Mikoshiba K, Samyanov A, Itohara S.
  • Organizer: 第88回日本薬理学会年会
  • Place of Presentation: 名古屋国際会議場
  • Year and Date: 2015-03-18 – 2015-03-20
• [Presentation] Rational design of a high-affinity, fast, red calcium indicator R-CaMP2. (2015)
  • Author(s): 井上昌俊、竹内敦也、堀金慎一郎、大倉正道、安藤恵子、藤井哉、上條諭志、竹本―木村さやか、狩野方伸、中井淳一、喜多村和郎、尾藤晴彦
  • Organizer: 第88回日本薬理学会年会
  • Place of Presentation: 名古屋国際会議場
  • Year and Date: 2015-03-18 – 2015-03-20
• [Presentation] 個体(線虫) レベルでの超多並列刺激応答モニターシステム (2014)
  • Author(s): 藤泰一、高橋尚也、安藤恵子、大倉正道、中井淳一、西垣功一
  • Organizer: 第３７回日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜
  • Year and Date: 2014-11-25 – 2014-11-27
• [Presentation] 低分子量GTPase RAB-11の新規結合因子REI-1/REI-2は受精後のRAB-11再局在化を制御する (2014)
  • Author(s): 坂口愛沙、佐藤美由紀、安藤恵子、佐藤克哉、中井淳一、佐藤健
  • Organizer: 第３７回日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜
  • Year and Date: 2014-11-25 – 2014-11-27
• [Presentation] Imaging Deep-Layer Neuronal Activity in Mouse Barrel Cortex using 1040-nm Excitation of a Red Fluorescent Protein Calcium Indicator (2014)
  • Author(s): Carta S, Liu W, Sych Y, Voigt FF, Chen JL, Schneider B, Ohkura M, Nakai J, Helmchen F
  • Organizer: Neuroscience 2014
  • Place of Presentation: Washington, DC USA
  • Year and Date: 2014-11-15 – 2014-11-19
• [Presentation] A comparative study of the two-photon performances of GCaMPs and GECOs (2014)
  • Author(s): Podor B, Zhao Y, Wu J, Hu Y-L, Ohkura M, Nakai J, Campbell R, Croll R, Fine A
  • Organizer: Neuroscience 2014
  • Place of Presentation: Washington, DC USA
  • Year and Date: 2014-11-15 – 2014-11-19
• [Presentation] Neuronal mechanisms of decision making in C. elegans olfactory behavior revealed by a highly integrated microscope system. (2014)
  • Author(s): Tanimoto Y, Yamazoe A, Fujita K, Kawazoe Y, Miyanishi Y, Yamazaki SJ, Gengyo-Ando K, Nakai J, Fei X, Iwasaki Y, Hashimoto K, Kimura K
  • Organizer: 第34回日本神経科学会大会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜
  • Year and Date: 2014-11-09 – 2014-11-13
• [Presentation] Single-neuron operant conditioning by two-photon imaging induces reward-timing-dependent modulation in cortical microcircuit. (2014)
  • Author(s): Hira R, Ohkubo F, Mazamizu Y, Ohkura M, Nakai J, Okada T, Matsuzaki M
  • Organizer: 第34回日本神経科学会大会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜
  • Year and Date: 2014-11-09 – 2014-11-13
• [Presentation] The top-down circuit for sensory perception in the cerebral cortex of the mouse. (2014)
  • Author(s): Manita S, Suzuki T, Homma C, Matsumoto T, Odagawa M, Yamada K, Ota K, Matsubara C, Inutsuka A, Sato M, Ohkura M, Yamanaka A, Yanagawa Y, Nakai J, Hayashi Y, Larkum ME, Murayama M
  • Organizer: 第34回日本神経科学会大会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜
  • Year and Date: 2014-11-09 – 2014-11-13
• [Presentation] Imaging of the neural circuit activities during retrieval of behavioral program for active avoidance in zebrafish. (2014)
  • Author(s): Kakinuma H, Aoki R, Aoki T, Yamazaki M, Shiraki T, Takahoko M, Eizumi K, Koide T, Yoshihara Y, Nakai J, Kawakami K, Okamoto H
  • Organizer: 第34回日本神経科学会大会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜
  • Year and Date: 2014-11-09 – 2014-11-13
• [Presentation] Visualization of cerebral cortical calcium dynamics by a transgenic mouse that express G-CaMP7 in neurons and glia. (2014)
  • Author(s): Monai H, Ohkura M, Tanaka M, Itohara S, Nakai J, Hirase H
  • Organizer: 第34回日本神経科学会大会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜
  • Year and Date: 2014-11-09 – 2014-11-13
• [Presentation] JSAP1 and JLP regulate kinesin-1-dependent axonal transport to prevent neuronal degeneration. (2014)
  • Author(s): Sato T, Ohkura M, Nakai J, Takamatsu N, Yoshioka K
  • Organizer: 第34回日本神経科学会大会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜
  • Year and Date: 2014-11-09 – 2014-11-13
• [Presentation] 蛍光カルシウムプローブ G-CaMP による in vivo カルシウムイメージング (2014)
  • Author(s): 中井淳一、大倉正道, 安藤恵子
  • Organizer: 第５８回日本薬学会関東支部大会
  • Place of Presentation: 昭和大学
  • Year and Date: 2014-10-04
• [Presentation] ホヤ幼生の遊泳運動神経回路の構造と生理機能の解析 (2014)
  • Author(s): 堀江健生, 大倉正道, 日下部岳広, 中井淳一, 中川将司
  • Organizer: 日本動物学会第85回大会
  • Place of Presentation: 東北大学
  • Year and Date: 2014-09-11 – 2014-09-13
• [Presentation] 細胞触覚センサのための小型蛍光観察システムの開発 (2014)
  • Author(s): 民山浩輔, 清水正宏, 宮坂恒太, 小椋利彦, 中井淳一, 大倉正道, 細田耕
  • Organizer: 第32回日本ロボット学会学術講演会
  • Place of Presentation: 九州産業大学
  • Year and Date: 2014-09-04 – 2014-09-06
• [Book] Optogenetic manipulation and probing. 『Optogenetics: light-sensing proteins and their applications』Part 2, Chapter 9 (2015)
  • Author(s): Ohkura M, Sadakari J, Nakai J
  • Total Pages: 409
  • Publisher: Springer
• [Book] Optical Imaging of Neocortical Dynamics, Neuromethods, vol. 85 (2014)
  • Author(s): Takata N., Shinohara Y., Ohkura M., Mishima T., Nakai J. & Hirase H.
  • Total Pages: 296
  • Publisher: Springer Science Business Media
• [Remarks] 埼玉大学脳末梢科学研究センター
  • URL: http://subsi.saitama-u.ac.jp/
• [Patent(Industrial Property Rights)] カルシウム指示遺伝子 (2014)
  • Inventor(s): 尾藤晴彦, 井上 昌俊, 竹内敦也, 中井淳一, 大倉 正道
  • Industrial Property Rights Holder: 尾藤晴彦, 井上 昌俊, 竹内敦也, 中井淳一, 大倉 正道
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Filing Date: 2014-06-11