Functional population analysis of the recurrent network in the Drosophila mushroom bodies as the basis of the olfactory memory consolidation.

2020 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 18K06328
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 廣井 誠 東京大学, 定量生命科学研究所, 助教 (80597831)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2021-03-31
• Keywords: 連想記憶 / リカレント回路 / ショウジョウバエ / キノコ体 / 嗅覚 / 連合学習 / 光遺伝学

Outline of Annual Research Achievements

昆虫における連想記憶の獲得には匂い情報が入力されるキノコ体（KCs）と呼ばれる脳領域が必須である。近年、匂いシグナルはDANs→KCs→MBONsを一環とする大きなリカレント回路を形成し、キノコ体の匂いによる神経活動（匂い表現）はより複雑なネットワークにより形成されていることが示唆されている。本研究では学習が行われている最中の個体の脳の神経集団活動をライブでモニターし、その活動を統計的推定によって少数に絞り、記憶細胞を同定することを目的とする。さらに近年記憶の固定化に寄与することが明らかになったキノコ体を中心としたリカレント神経回路と、長期記憶の中心的役割を担う転写因子CREB活性細胞との関連について解析することで、短期記憶から長期記憶を形成する遷移を生理学的に明らかにしていく。
光遺伝学によって任意の嗅覚受容体を発現する神経群を人工的に活性化させる連合学習の系の立ち上げた。ドーパミン神経などの活性化によるリカレント回路の解析がやりやすくなった。今年度はキノコ体を形成する神経細胞の軸索領域を細分化して匂い応答を記録した。行動実験で確かめた忌避性の強い匂い物質から誘引性のある匂い物質まで6種類の匂い応答を解析したところ、忌避性・誘引性の匂い特有の応答パターンが観察された。観察されたパターンは、リカレント回路を形成するキノコ体の入出力神経の分布とCREB活性細胞の分布によって特徴付けできた。今後、生得的な嗜好性がある匂い応答パターンと学習によって形成される匂い応答パターン、CREB活性細胞の分布、キノコ体の入出力細胞の分布を詳しく解析していくことが可能となった。