2021 Fiscal Year Annual Research Report
Spatio-temporal dynamics of brain computation upon emotional memory formation
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18K06536
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| Research Institution | National Institute for Physiological Sciences |
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Principal Investigator |
揚妻 正和 生理学研究所, 基盤神経科学研究領域, 特任准教授 (30425607)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 二光子イメージング / population coding / 並列計算 / 前頭前野 / 光遺伝学 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
大脳皮質内側前頭前野（mPFC）は「情動」の制御に重要であると考えられる。しかしながら、従来の技術的な制約もあって、特に行動中の動物から神経「集団」の活動を記録することで初めて調べられるような「神経群ネットワークとしての情報処理」に関する知見は、これまでのところ特にmPFCに関して非常に限定的である。本研究では、1) 2光子イメージングによる多数の神経活動の経時的観察、2)深部イメージング、3) それらと光遺伝学を「同時に」行うための光学系、を統合させた独自のシステムを用い、擬似自由行動中のマウスmPFCでの神経活動の「記録・操作」を進めていく。そしてそれら技術を利用して、情動記憶形成過程における脳内情報処理機構の時空間的変遷を把握し、その仕組みを理解することを目的としている。
学習の前、最中、及び学習後の記憶想起中のマウスから、深部２光子イメージングによるmPFC神経集団活動データの継続的な記録を行った。遺伝子コード型カルシウムセンサーの利用により、長期的に細胞を標識し、同一の神経細胞群における学習経過を通じた神経発火パターンの変化についてのデータ取得を実現した。AI・機械学習の専門家との共同研究によりモデルベースの機械学習アルゴリズムを開発し、恐怖記憶をコードする神経細胞集団を選別可能とした。さらにグラフィカルモデルを利用した神経細胞間の機能的結合を検証する手法を確立し、恐怖記憶コードの背景にある学習依存的な脳神経回路再編を見出した（bioRxiv、2021）。これら解析で見出した神経活動パターンや恐怖記憶ネットワークのハブに関しては、さらにその因果関係を検証するためにホログラフィー光遺伝学のための顕微鏡構築を進めた。
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