記憶による時間創成メカニズムの探索

2014 Fiscal Year Annual Research Report

• Project Area: The Science of Mental Time: investigation into the past, present, and future
• Project/Area Number: 25119004
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 池谷 裕二 東京大学, 薬学研究科(研究院), 教授 (10302613)
• Project Period (FY): 2013-06-28 – 2018-03-31
• Keywords: 記憶 / 学習 / 時間 / 神経回路機構

Outline of Annual Research Achievements

時間は記憶によって前進する。本年度は前年度の成果を受けて、脳の海馬で観察される脳波、Sharp-Wave Ripple(SW-Rs)に焦点を当てた研究を行った。SW-Rsは記憶の固定過程に関与している。近年、in vivoにおいて報酬系が活性化するとSW-Rsの頻度が上昇することが報告されているが、詳しいメカニズムは明らかにされていない。そこで、ドパミンの海馬への適用がSW-Rsの頻度調節にどのような影響を与えるか明らかにすることを目的とし、in vitroの系を用いて薬理学的な検討を行った。
生後3-4週齢のICRマウスから急性切片を作成し、細胞外記録法により海馬CA1野錐体細胞層で生じる自発的なSW-Rsを観察した。頻度の安定を確認した後、ドパミンをSW-Rs発生中の海馬スライス標本に灌流適用した。
SW-Rsの頻度が有意に上昇した。この頻度上昇はドパミンのwash-out後も持続し、可塑性を呈した。また、この効果はD1/D5アンタゴニストSCH23390によって阻害されたが、D2アンタゴニストsulpirideによっては阻害されなかった。そこでD1/D5アゴニストSKF38393を同様に灌流適用したところ、ドパミンを適用した際と同様の頻度上昇が見られた。
ドパミンはlate-LTPを引き起こし、LTPはSW-Rsの発生に関わることが知られている。しかし、我々の結果は、late-LTPでは作用の速さが説明し難い点、その効果がwashout後も持続する点で興味深い。これらの結果より、ドパミンはD1/D5受容体を介し、late-LTPとは別の経路を通じて、SW-Rsの発生を調節していることが推察される。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

SW-Rsについては健全に研究が展開しておりおり、来年度にはin vivoにも研究標本が拡大できる予定である。
行動試験はマウスのみならず、ヒトの実験にも着手することができ、予定通りである。マウスの化学遺伝学、およびヒト試験のデータマイニングを来年度javascript:onTransientSave();に残しているが、ようやく終了の目処がたった。

Strategy for Future Research Activity

SR-Wsについては、海馬スライスからの６４チャネル記録で時空間パターンを炙りだすこと、覚醒下マウスから閾値下膜電位を記録する
マウス行動試験について、DREDDシステムを用いて、ヒスタミン系神経もしくは嗅周皮質神経を刺激したときの記憶想起に及ぼす影響を検討する。その後に論文を執筆する

Research Products

• [Journal Article] Long-delayed expression of the immediate early gene Arc/Arg3.1 refines neuronal circuits to perpetuate fear memory (2015)
  • Author(s): Nakayama, D., Iwata, H., Teshirogi, C., Ikegaya, Y., Matsuki, N., Nomura, H.
  • Journal Title: J. Neurosci. Volume: 5 Pages: 819-830
  • DOI: 10.1523/JNEUROSCI.2525-14.2015
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Frontal association cortex is engaged in stimulus integration during associative learning (2015)
  • Author(s): Nakayama, D., Baraki, Z., Onoue, K., Ikegaya, Y., Matsuki, N., Nomura, H.
  • Journal Title: Curr. Biol. Volume: 25 Pages: 117-123
  • DOI: 10.1016/j.cub.2014.10.078
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Sound-induced modulation of hippocampal θ oscillations (2014)
  • Author(s): Abe, R., Sakaguchi, T., Kitajo, K., Ishikawa, D., Matsumoto, N., Matsuki, N., Ikegaya, Y.
  • Journal Title: Neuroreport Volume: 25 Pages: 1368-1374
  • DOI: 10.1097/WNR.0000000000000274
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Ex vivo cultured neuronal networks emit in vivo-like spontaneous activity (2014)
  • Author(s): Okamoto, K., Ishikawa, T., Abe, R., Ishikawa, D., Kobayashi, C., Mizunuma, M., Norimoto, H., Matsuki, N., Ikegaya, Y.
  • Journal Title: J. Physiol. Sci. Volume: 64 Pages: 421-431
  • DOI: 10.1007/s12576-014-0337-4
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Dopamine receptor activation reorganizes neuronal ensembles during hippocampal sharp waves in vitro (2014)
  • Author(s): Miyawaki, T., Norimoto, H., Ishikawa, T., Watanabe, Y., Matsuki, N., Ikegaya, Y.
  • Journal Title: PLoS One Volume: 9 Pages: e104438
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0104438
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Synaptic plasticity associated with a memory engram in the basolateral amygdala (2014)
  • Author(s): Nonaka, A., Toyoda, T., Miura, Y., Hitora-Imamura, N., Naka, M., Eguchi, M., Yamaguchi, S., Ikegaya, Y., Matsuki, N., Nomura, H.
  • Journal Title: J. Neurosci. Volume: 34 Pages: 9305-9309
  • DOI: 10.1523/JNEUROSCI.4233-13.2014
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Sound-induced hyperpolarization of hippocampal neurons (2014)
  • Author(s): Abe, R., Sakaguchi, T., Matsumoto, N., Matsuki, N., Ikegaya, Y.
  • Journal Title: Neuroreport Volume: 25 Pages: 1013-1017
  • DOI: 10.1097/WNR.0000000000000206
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Fear extinction requires Arc/Arg3.1 expression in the basolateral amygdala (2014)
  • Author(s): Onoue, K., Nakayama, D., Ikegaya, Y., Matsuki, N., Nomura, H.
  • Journal Title: Mol. Brain Volume: 7 Pages: 30
  • DOI: 10.1186/1756-6606-7-30
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Operant conditioning of synaptic and spiking activity patterns in single hippocampal neurons (2014)
  • Author(s): Ishikawa, D., Matsumoto, N., Sakaguchi, T., Matsuki, N., Ikegaya, Y.
  • Journal Title: J. Neurosci. Volume: 34 Pages: 5044-5053
  • DOI: 10.1523/JNEUROSCI.5298-13.2014
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] 記憶による時間創成メカニズムの探索 (2014)
  • Author(s): 池谷裕二
  • Organizer: 新学術領域研究「予測と意思決定」「こころの時間学」合同公開シンポジウム、包括型脳科学研究推進支援ネットワーク冬のシンポジウム
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 2014-12-13
• [Remarks] 東京大学・大学院薬学系研究科・薬品作用学教室のホームページ
  • URL: http://www.yakusaku.jp/