Clarification of the mechanisms of cortical information processing by visualization of neuronal activity in the visual cortex during sleep

2022 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 21K20681
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 北島 奈美 東京大学, 大学院医学系研究科(医学部), 特任研究員 (20908818)
• Project Period (FY): 2021-08-30 – 2024-03-31
• Keywords: 睡眠 / 大脳皮質 / 視覚野

Outline of Annual Research Achievements

大脳皮質の神経細胞は、覚醒時だけでなく、外界からの情報入力のない睡眠時にも活発に活動する。この睡眠時神経活動は、記憶の固定や学習に関与することが示唆されており、覚醒時と同様に、何らかの情報処理を行うと考えられている。そこで、本研究では、大脳皮質視覚野において、睡眠時神経活動が、どのような情報処理を行っているかを明らかにすることにより、大脳皮質における情報処理メカニズムを解明することを目的としている。これまでに、睡眠時神経活動を捉えるため、大脳皮質神経細胞に蛍光カルシウムインジケータを発現させたトランスジェニックマウスを用いて、自然な睡眠覚醒時における視覚野神経細胞のカルシウムシグナルを可視化する測定システムを実用化した。当該年度では、この測定システムをwide-field顕微鏡において使用することで、睡眠覚醒時における一次視覚野および高次視覚野の神経活動を測定した。測定した神経活動の時空間パターンから、レム睡眠・ノンレム睡眠・覚醒時における領野間の機能的結合性を推定した。さらに、二光子励起顕微鏡を用いて、睡眠時および覚醒時における一次視覚野の神経細胞のカルシウムシグナルを計測したところ、睡眠時と覚醒時で、個々の神経細胞の活動パターンが変化した。今後は、この神経細胞の活動パターンを、覚醒時の視覚応答の活動パターンと併せて解析することで、睡眠時神経活動がどのような情報処理を行っているかを明らかする。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

当初の申請計画に基づき、wide-field顕微鏡を用いて睡眠時神経活動を測定し、睡眠覚醒状態における領野間の機能的結合性の解析を行った。さらに、二光子励起顕微鏡を用いて、一次視覚野における個々の神経細胞の活動を測定し、その活動パターンが、睡眠覚醒状態によって変化することを捉えた。

Strategy for Future Research Activity

今後は、当初の申請計画に基づき、二光子励起顕微鏡を用いて覚醒時の視覚応答と睡眠時の自発活動を測定し、それぞれの活動パターンを比較する。これにより、睡眠時神経活動がどのような情報処理を行っているかを明らかにし、大脳皮質における情報処理メカニズムを解明する。

Causes of Carryover

wide-field顕微鏡を用いた領野間の機能的結合性を決定する実験において新たな知見が得られたため、二光子励起顕微鏡を用いた実験の一部を次年度に先送りし、そのための費用も次年度に先送りとした。