2021 Fiscal Year Annual Research Report
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20H03356
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| Research Institution | Osaka City University |
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Principal Investigator |
水関 健司 大阪市立大学, 大学院医学研究科, 教授 (80344448)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 海馬 / 情報ルーティング / 経路特異的 / セル・アセンブリ / sharp-wave ripples / オシレーション / 恐怖条件付け / 記憶 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
海馬から様々な脳領域へ適切な情報が伝達されることが、エピソード記憶の基盤となる。海馬から前頭前野へは解剖学的な投射があるが、海馬と前頭前野がどのように協調して記憶を支えているのかは分かっていない。そこで、本研究では音と嫌悪刺激の連合学習をエピソード記憶のモデルとして用い、この課題に関与する前頭前野と海馬から同時に多数の神経細胞の活動を記録した。その結果、前頭前野には経験（音と嫌悪刺激の連合学習）の前から存在するセル・アセンブリ（同期して活動する細胞集団）が記憶を担っていることが示唆された。次に、各脳領域のセル・アセンブリがどのように相互作用するかを調べた。その結果、経験後のノンレム睡眠中と記憶の想起時に、海馬と前頭前野のセル・アセンブリが同時に活性化されることがわかった。さらに、海馬と前頭前野のセル・アセンブリの領域を跨いだ共活動は海馬のsharp-wave ripplesに同期して起こることを見出した。この同期活動の際、海馬のセル・アセンブリのほうが前頭前野のセル・アセンブリよりやや早い（8ミリ秒）タイミングで活動する傾向が見られたことから、海馬のセル・アセンブリが前頭前野のセル・アセンブリの活性化をもたらすことが示唆された。
さらに、海馬からの情報が下流脳領域のどのような細胞に直接伝達されるのかを調べる技術の開発を試みた。具体的には、シナプスを介して神経細胞間を順行性に伝搬するアデノ随伴ウイルスであるAAV1ウイルスの技術と、2種類のDNAリコンビナーゼによって遺伝子再編成を起こす技術を組み合わせることで、２つの脳領域から直接のシナプス入力を受けている細胞にGFP(green fluorescent protein)などのタンパク質を発現させて同定する技術を開発した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
音と嫌悪刺激の連合学習後のノンレム睡眠中と記憶の想起時に、海馬と前頭前野のセル・アセンブリが海馬のsharp-wave ripplesに同期して共活動するこることを見出した。この共活動の際、海馬のセル・アセンブリのほうが前頭前野のセル・アセンブリよりやや早い（8ミリ秒）タイミングで活動することから、海馬のセル・アセンブリから送られた情報が前頭前野のセル・アセンブリの活性化をもたらすことが示唆された。以上の結果を論文として発表することができた。
さらに、シナプスを介して順行性に伝搬するAAV1ウイルスのシステムと、2種類のDNAリコンビナーゼによって遺伝子組換えが起こるシステムを組み合わせることで、２つの脳領域から直接のシナプス入力を受けている細胞にGFPなどのタンパク質を発現させて同定する技術を開発し、論文として発表した。この技術は今後、GFPをチャネルロドプシンなど様々なタンパク質に置き換えることが可能である。これにより、海馬とその他の脳領域から直接のシナプス入力を受け取る細胞を同定し、その細胞の解剖学的・生理学的な特性の調査や神経活動の人為的操作が可能となった。
以上の結果より、おおむね順調に進展していると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでに、海馬台の個々の神経細胞がどのように場所情報を表現しているかを調査し、海馬台と海馬CA1 における情報表現の違いと、海馬台の投射先特異的な情報分配メカニズムの一端を明らかにした。しかし、海馬台にある神経細胞が集団としてどのように空間情報を表現しているのかはまだ分かっていない。今後は海馬と海馬台における細胞集団での情報表現を、様々な次元圧縮方法を用いて比較する。次に、投射先を同定した個々の細胞が、細胞集団での情報表現にどのように関わっているのかを調べることで、投射先特異的な情報分配の仕組みを明らかにする。
研究をさらに進展させるため、本研究で開発した「大規模電気生理学的手法で記録した神経細胞の投射先を同定する手法」を海馬以外の記憶に関わる脳領域へも適用し、投射先特異的な記憶情報分配メカニズムに関して、海馬と海馬以外の脳領域の共通性と特異性を調査することで、海馬の情報ルーティングの特性をあぶり出す。
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