知覚学習時の情報統合メカニズムの解明

2018 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 18K14852
• Research Institution: Kobe University
• Principal Investigator: 宮本 愛喜子 神戸大学, 医学研究科, 特命助教 (80737297)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2020-03-31
• Keywords: 体性感覚 / シナプス / 学習

Outline of Annual Research Achievements

知覚学習など学習時の可塑的変化には興奮性シナプス結合の変化が重要であると考えられる。これまで、大脳皮質感覚野において同一の方位選択制を持つ神経細胞同士はシナプス結合の形成確率が高いなど、同一の感覚情報を担っていると考えられる興奮性神経細胞間で機能的なシナプスの形成確率が高いことが明らかとなってきている。一方で知覚学習に伴って個々の興奮性神経細胞のモダリティーに対する応答性が変化することが知られている。しかしながら、個々の神経細胞の活動変化とシナプス結合の変化の関連性については明らかとなっていない。そこで、本研究課題ではヒゲ感覚を用いた学習課題をマウスに行わせ、学習過程における神経細胞の活動変化とシナプス結合の変化を生体内カルシウムイメージング法及び光遺伝学的手法を用いて検討することを目的とした。学習過程における一次体性感覚野2/3層における興奮性神経細胞の神経活動とヒゲの動きを数値化したトレース及び接触タイミングを示すトレースとの相互相関を算出したところ接触に関しては学習に伴って相関が減少し、ヒゲの動き(whisking)に対しては相関が増加する結果が得られたことから、一次体性感覚野においても学習に伴い知覚に関連した神経細胞の活動が変化することを確認できたと考えられる。また、whiskingに対する相関の増加は学習課題の成功率が上昇してくる直前で増加していることから成功率の上昇に関与している可能性が示唆された。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

当初の予定としては前年度中にカルシウムイメージングによる学習課題中の神経活動の変化と光遺伝学的手法を用いたシナプス結合の変化を明らかにする予定であったが、シナプス結合の変化を明らかにするまでには至っていないため、当初の予定よりも遅れていると考えられる。一方で、学習過程における神経活動の変化の結果から学習課題の成功率が上昇してくる直前にwhiskingとの相関が上昇するという結果から、whisking情報の入力が成功率の上昇に影響を与えている可能性が示唆された。そこで、今年度行う予定であった「Whisking入力が一次体性感覚野において生じる学習に対して重要かどうか」検討するための予備実験を前年度に並行して行った。

Strategy for Future Research Activity

光遺伝学的手法を用いてシナプス結合の変化を抽出するためには、適した光刺激の系の探索や高速でのイメージングを可能とするための機器を設置する必要があり時間が必要となることが予想される。その間に得られた神経活動のデータを詳細に解析し、ある程度生じているシナプス結合の変化を推定したうえで実験を進めていく予定である。

Causes of Carryover

当初購入を予定していた設備備品を別の予算で購入したために予定よりも使用額が減り、次年度使用額が生じた。次年度使用額は翌年度分と合わせて光遺伝学的手法を用いたシナプス結合変化の検出を行うために必要な備品・消耗品の購入および研究成果報告の際に必要となる印刷費・旅費として使用する予定である。