Optical imaging of neural plasticity during cognitive behavioral tasks

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19K06884
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 46010:Neuroscience-general-related
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: Yawata Satoshi 京都大学, 医学研究科, 特定助教 (90455246)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: イメージング / 可塑性 / 線条体

Outline of Final Research Achievements

Candidate mechanisms of memory and learning are neural plasticity, including　changes in the connection between neurons, and changes in the intrinsic excitability. Recently,　Forster resonance energy transfer (FRET) bioprobes are developed and widely recognized as powerful　tools to measure the activity of intracellular signaling molecules related to neural plasticity.　These FRET probes enable us to visualize plasticity, but measuring systems are poorly established.
In this study, I used novel optical imaging system for FRET biosensor to visualize “neural　plasticity” from a “deep brain area” of “freely-moving animal” with “single cellular　resolution”. I observed ERK　activity from medium spiny neurons in dorsal striatum during free moving and visual discrimination task.

Free Research Field

神経科学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究において、自由行動中動物から「可塑性」をイメージングできる新しい計測技術の開発を進めた。記憶や学習の獲得において、いつ、どのような神経細胞で、どのような可塑性により、どのように神経情報が修飾・修正されていくかを観察することが可能となった。また、この技術は細胞内シグナル分子の活性を生体内からリアルタイムに計測できる技術であり、神経の情報処理機構の解明においてのみならず、病態モデルマウスの解析や薬物動態の解析にも利用可能な重要な技術である。