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

2023 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 – 2025-03-31
• Keywords: 睡眠 / 大脳皮質 / 視覚野

Outline of Annual Research Achievements

睡眠時における大脳皮質の神経活動は、外界からの情報入力を受けていないが、記憶や学習に関与することが知られており、覚醒時と同様に、情報処理に関与すると考えられている。そこで本研究では、大脳皮質視覚野における神経活動が睡眠時に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する。これまでに、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、生理的な睡眠覚醒状態における神経活動をwide-field顕微鏡下で測定した。これにより、レム睡眠・ノンレム睡眠・覚醒の三つの状態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一次視覚野の神経細胞の活動を測定したところ、睡眠覚醒の状態によって個々の神経細胞の活動が変化することが示唆された。当該年度では、睡眠時の自発活動が視覚情報処理を行っているか検証するため、二光子励起顕微鏡下にて、覚醒したマウスに対しさまざまな視覚刺激を行い、そのときの一次視覚野における神経活動を計測した。これにより、細胞レベルの空間解像度で、受容野の分布や各細胞の方位選択性を推定した。視覚応答を示す神経細胞の一部は、睡眠時にも自発的に活動していた。今後は、睡眠時の自発活動と覚醒時の視覚応答の活動パターンを比較解析し、睡眠時神経活動がどのような情報処理に関与しているか調査する。

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、睡眠時神経活動が情報処理に関与しているか検証するため、二光子励起顕微鏡を用いて、覚醒時のマウスに対して視覚刺激を行ったときの一次視覚野における神経活動を計測した。

Strategy for Future Research Activity

今後は、当初の申請計画に基づき、一次視覚野および高次視覚野において、視覚刺激を行ったときの神経活動と睡眠時の自発活動を計測し、各領野において両者の活動を比較解析する。これにより、視覚野における睡眠時神経活動が覚醒時と同様に視覚情報処理に関与しているか検証する。

Causes of Carryover

一次視覚野における視覚応答について、さまざまな視覚刺激を用いて詳細な解析を行ったため、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。