2016 Fiscal Year Research-status Report
摂食神経回路をモデルとした連合学習に伴うシナプス可塑性の単一細胞レベルでの解析
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16K18375
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| Research Institution | National Institute of Information and Communications Technology |
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Principal Investigator |
櫻井 晃 国立研究開発法人情報通信研究機構, 未来ICT研究所フロンティア創造総合研究室, 主任研究員 (50749041)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 脳・神経 / 記憶 / 生理学 / 遺伝学 / ショウジョウバエ / 連合学習 / シナプス可塑性 / ライブイメージング |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、連合学習による分子・細胞レベルのミクロな変化と、行動レベルで観察されるマクロな脳機能の変化とを、単一細胞レベルの解像度で、明確な因果関係のもとに結びつけて理解することである。具体的には、キイロショジョウバエの摂食神経回路、特にその要に位置するFeeding neuronをモデルとし、神経活動やシナプス形態の変化と摂食行動の変化とを、同時にライブイメージングすることによって対応付ける。今年度はその第一歩として、ショウジョウバエを顕微鏡下で開頭した状態で記憶形成を観察することが可能な連合学習実験系を構築した。「つかんでいる棒をハエから離す」という条件刺激の直後に、無条件刺激としてショ糖溶液を与え、間隔をあけてこの操作をくり返すと、学習前は棒が離れても摂食行動を示さないのに対して、学習後には棒を離すだけで摂食行動が起こるようになった。実験の再現性を高めるために、棒を駆動するモーターを導入し、棒を動かすスピードを最適化した。また、無条件刺激として用いるショ糖溶液の濃度については、高すぎるとhabituationにより、学習効率が低下することがわかった。さらに、条件刺激と無条件刺激を提示する回数と間隔も複数のパターンを試し、長時間安定して記憶形成を観察できる実験条件を発見した。さらに、このとき同時にFeeding neuronの活動をCa2+イメージング法を用いて観察すると、学習前には応答を示さなかった条件刺激に対して、学習後には強く応答するようになることがわかった。Feeding neuronか、あるいは摂食神経回路内でより上流に位置するニューロンのシナプスが学習によって変化したのだと考えられる。今後は、記憶の保持や忘却過程においても解析を進めると共に、こうした神経活動と行動の変化を担う主要なシナプスの同定を試みる。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
神経活動を観察しながら、記憶を形成させる新しい学習実験パラダイムを構築することに成功し、連合学習に伴い摂食行動が変化するのと同時に、Feeding neuronの活動が変化することを明らかにすることができたため。
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| Strategy for Future Research Activity |
今年度は短期記憶にしぼって神経活動と行動の同時観察を行ったので、長期記憶においても摂食行動の変化とFeeding neuronの活動の変化との対応関係を明らかにする。また、連合学習による神経活動ならびに摂食行動の変化の直接原因となる主要なシナプスを同定するために、チャネルロドプシンやハロロドプシンをFeeding neuron特異的に発現させるための系統を作出し、連合学習中にFeeding neuronの活動を操作する実験系を構築する。
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| Causes of Carryover |
実験動物飼育費を他の財源からの支出でまかなうことができたことが主な理由である。また、一部の実験備品を所属研究機関より借りることができたため。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
動物行動と神経活動の同時記録を行う実験装置の改良、機能拡張に使用する。また、チャネルロドプシン及びハロロドプシンを用いて光遺伝学実験を行うために必要となる光学部品や試薬の購入にあてる。
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