2022 Fiscal Year Annual Research Report
睡眠と覚醒状態における匂いの脳内表現の差異とそのメカニズムの解明
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21H04789
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| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
風間 北斗 国立研究開発法人理化学研究所, 脳神経科学研究センター, チームリーダー (90546574)
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| Project Period (FY) |
2021-04-05 – 2026-03-31
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| Keywords | 嗅覚情報処理 / 睡眠 / 行動状態 / イメージング / ショウジョウバエ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は、昨年度に構築した、二光子顕微鏡下でショウジョウバエ成虫の嗅覚回路の活動と個体の行動を同時に計測するシステムを用いて、嗅覚二次中枢であるキノコ体に属する約2000個全ての主要神経細胞（ケニオン細胞）の神経活動を、運動と安静、そして睡眠と覚醒状態において計測した。より具体的には、全ケニオン細胞を標識するOK107-Gal4系統を用いてカルシウム指示薬であるGCaMP6を遺伝学的に発現させ、個々の細胞体における蛍光強度を測定した。データ解析に関しては、これまでは、複数試行のデータを用いて有意な匂い応答を抽出するアルゴリズムを用いていたが、単一試行からでも抽出できるよう改変した。その結果、ベースラインの蛍光強度と匂い応答は、運動と安静状態で大きな差は認められなかった。その一方で、睡眠と覚醒状態では有意な差が認められた。この変化は実験に用いた匂いの種類に依らず観察された。しかしながら、デーコーディングの手法を用いたところ、匂いの種類の情報は睡眠と覚醒状態で同様に解読することができたため、双方の状態において匂いを弁別するために十分な情報がケニオン細胞総体に表現されていることが示唆された。
また、睡眠状態でより多くのデータを取得できるように、断眠のための様々なプロトコルの構築を試みた。より長い時間睡眠状態で過ごすショウジョウバエの遺伝的背景の探索も行った。今後の計画を遂行する上で、効率を上げることにつながると期待される。
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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
運動と安静、睡眠と覚醒状態において、キノコ体ケニオン細胞の匂いの脳内表現にどのような違いがあるかという当初の問いに迫るためのデータを取得できたため。また、睡眠状態でより多くのデータを取得できるいくつかの条件を見つけることができたため。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度は嗅覚二次中枢であるキノコ体のケニオン細胞の活動を計測したが、今後はより脳の深部においてより顕著な睡眠状態依存的活動変化が見られるかどうかを検証する。具体的には、ケニオン細胞の下流に位置するキノコ体出力細胞やドーパミン細胞を標的とする。キノコ体出力細胞やドーパミン細胞は、解剖学的な側面で興味深いだけでなく、先行研究で睡眠に関わることが報告されているため、その匂い刺激に対する活動変化を調べることは妥当であると考えられる。数理解析を通して、これらの細胞が表現する匂いの種類や価値の情報が、睡眠状態においても保持されているかどうかを調べる。
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