Transition of the circuit usage for memory processing

2018 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 16K20919
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Research Field: Neurophysiology / General neuroscience; Animal physiology/Animal behavior
• Research Institution: Nagoya City University (2017-2018); Tohoku University (2016)
• Principal Investigator: Ichinose Toshiharu 名古屋市立大学, 大学院薬学研究科, 研究員 (20774748)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2019-03-31
• Keywords: 記憶学習 / ショウジョウバエ / キノコ体出力神経 / ドーパミン

Outline of Final Research Achievements

The mushroom body (MB) of Drosophila melanogaster is functionally pleiotropic. However, circuit mechanisms that generate this pleiotropy are largely unclear. Here, we systematically probed the behavioral requirement of each type of MB output neurons (MBON) for appetitive or aversive memories. We evaluated the requirement using two conditioned responses: memory-guided odor choice and odor source attraction. Quantitative analysis revealed that these conditioned odor responses are controlled by distinct sets of MBONs. We found that the valence of memory, rather than the transition of memory steps, has a larger impact on the MB output patterns. Our results provide principles how the MB processes associative memories of different valence and distinct memory-guided behaviors.

Free Research Field

記憶学習行動を可能にする神経回路

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

海馬や扁桃体といった脳の高次構造は一般的に、記憶、場所情報や感情といった様々な情報を処理する。しかし、そのような多機能性がどのように実現されているか、その詳細は不明である。ショウジョウバエのキノコ体も同様に、様々な記憶情報を処理する。キノコ体を構成する神経細胞は、そのほぼ全てが明らかになっており、一細胞レベルで機能操作することができるため、キノコ体をモデルに多機能性の仕組みを解き明かすことができる。本研究は、この全ての細胞を対象に、報酬記憶と罰記憶に基づいた様々な記憶発現を行う神経回路を網羅的に同定した。この成果により、多機能性を実現する神経回路構造の詳細を明らかにすることができた。