Testing the "local feedback hypothesis" as a basic mechanism of memory in the single identified neuron

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19H00998
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Medium-sized Section 44:Biology at cellular to organismal levels, and related fields
• Research Institution: National Institute of Information and Communications Technology
• Principal Investigator: Yoshihara Motojiro 国立研究開発法人情報通信研究機構, 未来ICT研究所神戸フロンティア研究センター, 上席研究員 (80222397)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: ローカルフィードバック仮説 / フィーディング・ニューロン / ショウジョウバエ / 記憶 / シナプス可塑性 / 連合学習 / パブロフ条件反射 / コマンドニューロン

Outline of Final Research Achievements

As a basic principle of memory, I have thought out “local feedback hypothesis” (Science, 2005). To correlate the cellular change depicted in the hypothesis to behavioral changes, we have identified the feeding neuron, which commands feeding behavior in Drosophila brain (Nature, 2013). In this study, we have established an experimental system of Pavlovian conditioning, where mechanical stimulation is associated to feeding behavior. We found that mechanical stimulation highjacks the feeding neuron through change in input onto the feeding neuron during the conditioning (Curr. Biol., 2021). Taking advantage of this experimental system, which allows subcellular analysis of the feeding neuron during the conditioning, we discovered the first "engram synapse" carrying the memory at the real time.

Free Research Field

記憶神経生物学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究の成果は、記憶の細胞レベルでのリアルタイム観察を初めて可能にする実験系を確立したことである。それは、歴史上初めての記憶の脳内実体（エングラム）の発見につながり、さらには研究代表者が案出した仮説を検証することを可能にするため、記憶の基本原理が明らかになることが期待される。その学術的意味にとどまらず、本研究は、脳内記憶素子であるニューロンの情報処理の記憶時の変化を初めて明らかにすることのできる研究であるため、その知見をAIなどの情報工学ならびに、医学へも応用可能という社会的意義を持つ。