2022 Fiscal Year Research-status Report
イメージングと光操作を用いたクローズドループ制御による記憶の形成と想起
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22K19482
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| Research Institution | Nagoya City University |
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Principal Investigator |
野村 洋 名古屋市立大学, 医薬学総合研究院(医学), 教授 (10549603)
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2022-06-30 – 2024-03-31
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| Keywords | 記憶・学習 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ある神経回路の機能を調べるには、神経回路が欠損した場合の表現系を調べる実験や、神経回路の活動を詳細に調べる実験が有効である。こうした解析により、記憶や認知機能に必要な脳領域が特定され、それらの領域内の特徴的な神経活動が明らかになってきた。しかし、記憶や認知機能の処理における神経回路の詳細な活動の役割を因果的に検証することは困難であった。そこで本研究では、クローズドループ制御によって神経活動を精密に制御することで神経活動と記憶や認知機能との関係を明らかにする。
神経活動の測定と操作を簡便に行うためには頭部を固定した条件下でマウスに記憶・学習課題に取り組ませることが望ましい。そこでまず頭部固定のマウスに様々な感覚刺激を組み合わせて与え連合記憶を形成する課題を確立した。その結果、条件刺激の提示によって条件づけ反応が表出したことから、記憶形成、想起が確認できた。さらに、こうしたマウスの神経活動を広い脳領域から測定するための、神経活動イメージング系の確立に取り組んだ。蛍光カルシウムセンサーjGCaMP8の遺伝子導入やイメージングの条件検討を進め、感度良く活動を測定することに成功した。さらに同時にオプトジェネティクスを用いて神経活動を操作するため、赤色光感受性のイオンチャネルChrimsonを導入した。赤色光を照射することでjGCaMPの蛍光強度上昇を観察することができた。また、Chrimsonを導入しないで赤色光を照射した場合はjGCaMPの蛍光強度上昇は認められなかったことから、蛍光強度上昇はChrimsonの活性化によるものと考えられる。一連の実験によって確立したセットアップを用いることで、記憶と神経活動の因果関係を検証できると考えられる。
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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
本研究は、行動課題中のマウスの神経活動をイメージングし、さらに同時にオプトジェネティクスを用いて神経活動を操作する、という点で高い実験技術が求められる課題である。しかし当初の計画通りこれらの技術のセットアップを終え、記憶・学習に関わる神経活動を解明する準備を終えることができた。一連の実験の進捗状況を踏まえて、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 |
主に2つの点から研究を進める。1つは、より高い精度で速くクローズドループ制御を行う技術の改良である。このためには、光強度や光照射の頻度などのオプトジェネティクスの検討と、イメージングデータの解析アルゴリズムの改良が含まれる。
こうした技術の改良と合わせて、神経活動の操作によるマウスの記憶形成・想起の制御を行う。最終的に2方面からの研究の推進を融合することで、記憶・学習を担う神経活動の詳細を明らかにする。
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| Causes of Carryover |
条件検討を様々な実験を通じて共通の個体で行うことができたため、実験動物や手術のための消耗品などを節約できた。そのために次年度使用額が生じた。令和5年度は、これらをカルシウムイメージングやオプトジェネティクスを精度良く行うための消耗品に充てることで、研究の進展を加速させる。
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