げっ歯類の記憶再固定化システムをモデルとした記憶ダイナミズムの共通原理の理解

2015 Fiscal Year Annual Research Report

• Project Area: Principles of memory dynamism elucidated from a diversity of learning systems
• Project/Area Number: 25115002
• Research Institution: University of Toyama
• Principal Investigator: 井ノ口 馨 富山大学, 大学院医学薬学研究部(医学), 教授 (20318827)
• Project Period (FY): 2013-06-28 – 2018-03-31
• Keywords: 神経科学 / 脳･神経 / 記憶 / 再固定化 / シナプス可塑性 / オートファジー

Outline of Annual Research Achievements

１．記憶エングラムと再固定化：　レンチウイルス遺伝子導入系で大脳皮質聴覚野のニューロンにチャネルロドプシンを導入した。この系を用いて聴覚野ニューロンと扁桃体外側核（LA）間のシナプスに、光遺伝学的にLTPやLTDを誘導するシステムを確立した。
２．扁桃体のオートファジー活性の亢進が想起に伴う記憶の脆弱化を促進し完全な逆行性健忘を惹起することを明らかにした。そのシナプスレベルのメカニズムとして、オートファジーがシナプスからAMPA受容体を除去することを示した。
３．in vivo海馬歯状回のLTP再固定化系を用いて、オートファジー活性によるLTP脆弱化はNMDA受容体を介していることを明らかにした。
４．海馬歯状回に繰り返し高頻度刺激でLTPを誘導し、海馬の神経回路網が飽和したラットを用いて、X線照射による神経新生の抑制や回し車による神経新生の促進の効果を調べた。その結果、神経新生が飽和状態の海馬の神経回路網を回復させることにより、海馬の記憶容量を確保する働きを持つことを明らかにした。この結果は、大脳皮質等に比べて遙かに記憶容量が小さい海馬が、常に新しい記憶に対処できるメカニズムの存在を強く示唆している。

Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

研究項目2,3,4においては、研究が予想以上に順調に進み、当初予定していた研究計画の目標を達成した。そのために、全体としての達成度は当初の計画以上に進展しているとした。

Strategy for Future Research Activity

研究項目2,3,4は当初の目標を達成したために、今後は研究項目1の記憶エングラムと再固定化の研究テーマに研究資源を集中する。研究項目1は、今までポスドク研究員一人で行っていたが、H28年度からは更にポスドク研究員と大学院生をそれぞれ1名増員し、3名体制で研究を進める。
タンパク質合成阻害剤とTat-Beclinを組み合わせて扁桃体に注入することで完全な逆行性健忘を引き起こすことができるという我々の発見の利点を活かし、逆行性健忘が記憶エングラムの消失によるのか、それとも記憶エングラムは残っているが想起ができない状態なのかに明瞭な結論を出す。

Research Products

• [Journal Article] Frequency-specific stimulations induce reconsolidation of long-term potentiation in freely moving rats (2016)
  • Author(s): Okubo-Suzuki R., Saitoh Y., Shehata M., Zhao Q., Enomoto H., and Inokuchi K.
  • Journal Title: Molecular Brain Volume: 9 Pages: -
  • DOI: DOI: 10.1186/s13041-016-0216-4
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Artificial Association of Pre-stored Information to Generate a Qualitatively New Memory (2015)
  • Author(s): Ohkawa N., Saitoh Y., Suzuki A., Tsujimura S., Murayama E., Kosugi S., Nishizono H., Matsuo M., Takahashi Y., Nagase M., Sugimura Y.K., Watabe A.M., Kato F., and Inokuchi K.
  • Journal Title: Cell Reports Volume: 11 Pages: 261-269
  • DOI: DOI: 10.1016/j.celrep.2015.03.017
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Targeting of ribosomal protein S6 to dendritic spines by in vivo high frequency stimulation to induce long-term potentiation in the dentate gyrus (2015)
  • Author(s): Nihonmatsu I., Ohkawa N., Saitoh Y. and Inokuchi K.
  • Journal Title: Biology Open Volume: 4 Pages: 1387-1394
  • DOI: DOI: 10.1242/bio.013243
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] A lognormal recurrent network model for burst generation during hippocampal sharp waves (2015)
  • Author(s): Omura Y., Carvalho M., Inokuchi K. and Fukai T.
  • Journal Title: J. Neurosci. Volume: 35 Pages: 14585-14601
  • DOI: DOI: 10.1523/JNEUROSCI.4944-14.2015
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] Generating an artificial CS-US associative memory by manipulation of parietal association cortex (2015)
  • Author(s): Suzuki A., Kosugi-Ushijima S., Ohkawa N., Matsuo M., Nishizono H., and Inokuchi K.
  • Organizer: Neuroscience 2015, Annual Meeting of Society for Neuroscience
  • Place of Presentation: シカゴ（アメリカ合衆国）
  • Year and Date: 2015-10-17 – 2015-10-21
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Enhancing memory destabilization through protein degradation induction (2015)
  • Author(s): Shehata M., Zhao Q., Abdou K., Okubo-Suzuki R., Saitoh Y., Kitamura T., Nishizono H., Matsuo M., Ohkawa N., and Inokuchi K.
  • Organizer: Neuroscience 2015, Annual Meeting of Society for Neuroscience
  • Place of Presentation: シカゴ（アメリカ合衆国）
  • Year and Date: 2015-10-17 – 2015-10-21
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Overlapping in two cellular ensembles in the hippocampal CA1 region is important for behavioral tagging (2015)
  • Author(s): Nomoto M., Ohkawa N., Nishizono H., Matsuo M., Yokose J., Takahashi Y., Nagase M., Suzuki A., Watabe A.M., Kato F., and Inokuchi K.
  • Organizer: Neuroscience 2015, Annual Meeting of Society for Neuroscience
  • Place of Presentation: シカゴ（アメリカ合衆国）
  • Year and Date: 2015-10-17 – 2015-10-21
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Synergistic activity during retrieval of neuronal ensembles between two distinct memory traces generates cross-modal linkage (2015)
  • Author(s): Yokose J., Nomoto M., Okubo-Suzuki R., Ohkawa N., Nishizono H., Matsuo M., Suzuki A., Takahashi Y., Nagase M., Watabe A.M., Kato F., and Inokuchi K.
  • Organizer: Neuroscience 2015, Annual Meeting of Society for Neuroscience
  • Place of Presentation: シカゴ（アメリカ合衆国）
  • Year and Date: 2015-10-17 – 2015-10-21
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Adult neurogenesis modulates the hippocampal learning capacity (2015)
  • Author(s): Alam M., Kitamura T., Saitoh Y., Ohkawa N., Kondo T., and Inokuchi K.
  • Organizer: Neuroscience 2015, Annual Meeting of Society for Neuroscience
  • Place of Presentation: シカゴ（アメリカ合衆国）
  • Year and Date: 2015-10-17 – 2015-10-21
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Generating an artificial CS-US associative memory by manipulation of parietal association cortex (2015)
  • Author(s): Suzuki A., Kosugi-Ushijima S., Ohkawa N., Matsuo M., Nishizono H., and Inokuchi K.
  • Organizer: 14th Annual MCCS meeting in Chicago
  • Place of Presentation: シカゴ（アメリカ合衆国）
  • Year and Date: 2015-10-15 – 2015-10-16
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Enhancing memory destabilization through protein degradation induction (2015)
  • Author(s): Shehata M., Zhao Q., Abdou K., Okubo-Suzuki R., Saitoh Y., Kitamura T., Nishizono H., Matsuo M., Ohkawa N., and Inokuchi K.
  • Organizer: 14th Annual MCCS meeting in Chicago
  • Place of Presentation: シカゴ（アメリカ合衆国）
  • Year and Date: 2015-10-15 – 2015-10-16
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Overlapping in two cellular ensembles in the hippocampal CA1 region is important for behavioral tagging (2015)
  • Author(s): Nomoto M., Ohkawa N., Nishizono H., Matsuo M., Yokose J., Takahashi Y., Nagase M., Suzuki A., Watabe A.M., Kato F., and Inokuchi K.
  • Organizer: 14th Annual MCCS meeting in Chicago
  • Place of Presentation: シカゴ（アメリカ合衆国）
  • Year and Date: 2015-10-15 – 2015-10-16
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Synergistic activity during retrieval of neuronal ensembles between two distinct memory traces generates cross-modal linkage (2015)
  • Author(s): Yokose J., Nomoto M., Okubo-Suzuki R., Ohkawa N., Nishizono H., Matsuo M., Suzuki A., Takahashi Y., Nagase M., Watabe A.M., Kato F., and Inokuchi K.
  • Organizer: 14th Annual MCCS meeting in Chicago
  • Place of Presentation: シカゴ（アメリカ合衆国）
  • Year and Date: 2015-10-15 – 2015-10-16
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Adult neurogenesis modulates the hippocampal learning capacity (2015)
  • Author(s): Alam M., Kitamura T., Saitoh Y., Ohkawa N., Kondo T., and Inokuchi K.
  • Organizer: 14th Annual MCCS meeting in Chicago
  • Place of Presentation: シカゴ（アメリカ合衆国）
  • Year and Date: 2015-10-15 – 2015-10-16
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Cellular Ensemble Mechanisms Underlying the Interaction of Distindt Units of Information (2015)
  • Author(s): 井ノ口馨
  • Organizer: 東北大学知のフォーラム 脳科学最前線 「Memory and Mind」
  • Place of Presentation: 東北大学知の館（仙台市青葉区）
  • Year and Date: 2015-09-28 – 2015-09-29
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 虚記憶を創り出す：細胞集成体理論を基として (2015)
  • Author(s): 井ノ口馨
  • Organizer: 第39回日本神経心理学会学術集会
  • Place of Presentation: 札幌市教育文化会館（札幌市中央区）
  • Year and Date: 2015-09-10 – 2015-09-11
  • Invited
• [Presentation] Artificial association of pre-stored information in hippocampus and amygdala (2015)
  • Author(s): Ohkawa N., Saitoh Y., Suzuki A., Tsujimura S., Murayama E., Kosugi S., Nishizono H., Matsuo M., Takahashi Y., Nagase M., Sugimura Y.K., Watabe A.M., Kato F., Inokuchi K.
  • Organizer: 第38回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: 神戸国際会議場、神戸国際展示場（神戸市中央区）
  • Year and Date: 2015-07-28 – 2015-07-31
• [Presentation] Parietal association cortex regulates CS-US association of contextual fear memory (2015)
  • Author(s): Suzuki A., Kosugi S., Ohkawa N., Nishizono H., Inokuchi K.：
  • Organizer: 第38回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: 神戸国際会議場、神戸国際展示場（神戸市中央区）
  • Year and Date: 2015-07-28 – 2015-07-31
• [Presentation] Enhancing memory destabilization through protein degradation induction (2015)
  • Author(s): Shehata M., Nishizono H., Inokuchi K.
  • Organizer: 第38回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: 神戸国際会議場、神戸国際展示場（神戸市中央区）
  • Year and Date: 2015-07-28 – 2015-07-31
• [Presentation] Overlapping in two cellular ensembles in the hippocampal CA1 region is required for behavioral tagging (2015)
  • Author(s): Nomoto M., Yokose J., Takahashi Y., Nagase M., Suzuki A., Ohkawa N., Nishizono H., Watabe A.M., Kato F., Inokuchi K.
  • Organizer: 第38回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: 神戸国際会議場、神戸国際展示場（神戸市中央区）
  • Year and Date: 2015-07-28 – 2015-07-31
• [Presentation] Synergistic activity between distinct neuronal ensembles creates the association of memory (2015)
  • Author(s): Yokose J., Nomoto M., Okubo-Suzuki R., Takahashi Y., Nagase M., Suzuki A., Ohkawa N., Nishizono H., Watabe A.M., Kato F., Inokuchi K.
  • Organizer: 第38回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: 神戸国際会議場、神戸国際展示場（神戸市中央区）
  • Year and Date: 2015-07-28 – 2015-07-31
• [Presentation] LTP reconsolidation revealed by field EPSP recording in freely moving rats (2015)
  • Author(s): Zhao Q., Yamamoto A., Okubo-Suzuki R., Saitoh Y., Inokuchi K.
  • Organizer: 第38回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: 神戸国際会議場、神戸国際展示場（神戸市中央区）
  • Year and Date: 2015-07-28 – 2015-07-31
• [Presentation] Adult neurogenesis modulates the hippocampal learning capacity (2015)
  • Author(s): Jahangir A.M., Kitamura T., Saitoh Y., Ohkawa N., Kondo T., Inokuchi K.
  • Organizer: 第38回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: 神戸国際会議場、神戸国際展示場（神戸市中央区）
  • Year and Date: 2015-07-28 – 2015-07-31
• [Presentation] Automatic detection system of cell shape and spike timing for calcium imaging data using iterative sequential quadratic programing (2015)
  • Author(s): Takekawa T., Sato M., Ohkawa N., Inokuchi K., Hayashi Y., Fukai T.
  • Organizer: 第38回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: 神戸国際会議場、神戸国際展示場（神戸市中央区）
  • Year and Date: 2015-07-28 – 2015-07-31
• [Presentation] Cell ensemble mechanisms underlying the association of two independent memories (2015)
  • Author(s): Inokuchi K.
  • Organizer: The 10th International Conference of Neurons and Brain Diseases
  • Place of Presentation: Xian（中国）
  • Year and Date: 2015-06-22 – 2015-06-24
  • Int'l Joint Research
• [Book] Ｑ＆Ａ－神経科学の素朴な疑問 Ｑ ど忘れはどうして起こるのですか？. 月刊 臨床神経科学 ブレインマシンインターフェース 34 (2016)
  • Author(s): 鈴木章円，井ノ口馨
  • Total Pages: 130（245）
  • Publisher: 中外医学社
• [Book] 虚記憶を創り出す：細胞集成体理論を基として. 神経心理学 3 (2016)
  • Author(s): 井ノ口馨
  • Total Pages: 102（3-9）
  • Publisher: 日本神経心理学会
• [Book] 記憶痕跡とメモリーアロケーション. 生体の科学・特集 記憶ふたたび, (2016)
  • Author(s): 佐野良威，大川宜昭，鈴木章円，井ノ口 馨
  • Total Pages: 92（22-26）
  • Publisher: 医学書院
• [Book] 記憶をあやつる (2015)
  • Author(s): 井ノ口馨
  • Total Pages: 198
  • Publisher: 角川書店
• [Book] 記憶のダイナミクスとそのメカニズム，リハビリテーションのためのニューロサイエンス 脳科学からみる機能回復 (2015)
  • Author(s): 大川 宜昭, 浦川 将
  • Total Pages: 296（89-104）
  • Publisher: メジカルビュー社
• [Book] オプトジェネティクスによる記憶の操作. 実験医学 33 (2015)
  • Author(s): 大川宜昭，井ノ口馨
  • Total Pages: 153（3065-3069）
  • Publisher: メジカルビュー社
• [Remarks] 富山大学大学院 医学薬学研究部（医学） 生化学講座
  • URL: http://www.med.u-toyama.ac.jp/bmb/index-j.html
• [Remarks] Nature
  • URL: http://www.nature.com/nature/journal/v520/n7546/full/520135a.html
• [Remarks] EurekAlert
  • URL: http://www.eurekalert.org/pub_releases/2015-04/cp-rca032615.php
• [Remarks] SciGuru Science News
  • URL: http://www.sciguru.org/newsitem/18834/researchers-create-artificial-link-between-unrelated-memories
• [Remarks] NHK Eテレ サイエンスZERO
  • URL: http://www.nhk.or.jp/zero/contents/dsp536.html