2012 Fiscal Year Research-status Report
嗅覚学習系ライブイメージングによる記憶形成を支える神経回路の同定と解明
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24770066
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
廣井 誠 東京大学, 分子細胞生物学研究所, 助教 (80597831)
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| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2014-03-31
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| Keywords | 学習 / 記憶 / イメージング / 可塑性 / 神経回路 / ショウジョウバエ |
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| Research Abstract |
学習・記憶のメカニズムを知るためにはどの神経細胞が記憶の形成・維持・読み出しに関わるかを知ることが不可欠である。本研究では学習が行われている最中の個体の脳の神経活動をライブでモニターし、その解析から記憶細胞を同定することを主な目的とする。本年度は、１）ショウジョウバエ嗅覚記憶中枢(キノコ体周辺)でのライブCa2+イメージングを細胞レベルで解析できる系を確立し、２）顕微鏡下での匂い嫌悪学習誘導を試みた。
１）これまで学習初期フェーズにおこる神経活動変化として、キノコ体垂直出力部（α/α' lobe）での条件刺激に対するCa2+応答上昇が挙げられていたが細胞レベルでの解析が課題であった。確立した系では、画像安定化、神経興奮部の分画化を新たに改良することによって、約1000～1400細胞からの軸索繊維が集まっている部分で細胞レベルに近づいた観察が可能となり、キノコ体出力部での様々な匂いのrepresentationが記述できるようになった。
２）電気ショックによる学習前後での匂い応答を比較したところ、新たに発火する部位と発火しなくなる部位が入り交じって観察された。これは学習によって新規の神経細胞が発火するという単純なモデルではないことが示唆される。先行研究に示されたように、出力部全体のCa2+応答平均は条件刺激／無条件刺激の応答比が最大１割上昇しており、顕微鏡下での嫌悪学習誘導系は確立できていると考える。各分画のCa2+応答を多変量解析の手法を用いて解析したところ、条件刺激特異的に変化する特徴が観察された。電気ショックのみでの刺激ではこの変化は起きないことから、学習特異的な神経発火変化をとらえていることが示唆された。
本研究のキノコ体細胞レベルイメージングを学習直後から24時間ほど観察することにより、短期～長期記憶の遷移が細胞レベルで明らかにできると期待している。
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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
脳内での記憶痕跡を可視化する為には、１）細胞レベルでのライブイメージング系の確立および２）顕微鏡下での条件付けの成立が不可避である。この点においては十分解析に耐えうる系が確立できた。一方、解析によって得られてきている匂い応答や学習による変化は個体差が大きく、想定していたよりも解析に時間がかかってしまった。しかし、主成分分析を適用することでモデルを単純化することなく分析できることが明らかになり、解析法の問題は解決に向かっている。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度の結果より、匂い物質に対するキノコ体の応答性が学習によって変化することが示唆された。この可塑性をもたらす神経回路を明らかにするため、キノコ体自身の応答に加えキノコ体へ入出力する神経細胞（外来性細胞）の応答様式を合わせて観察をする。Ca2+指示薬として、一方でGCaMP（緑）を発現させ、別の細胞群でRGECO（赤）を同時に用いることで、入力／出力の比を解析する予定である。また、外来性細胞のシナプス出力を抑制したり、強制発火させることによって、応答の連動性をイメージング解析する予定である。最後に行動実験によって、イメージングで可塑性が観察された神経細胞の実際への行動への寄与を観察する。これらにより、今回観察されたキノコ体での神経可塑性の必要十分条件を明らかにするつもりである。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
解析対象となる神経細胞を遺伝的に操作する為に、新たに遺伝子導入動物の作製を予定している。
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Research Products
(3 results)
