嫌悪的体験の強さに対応した恐怖学習を制御する予測誤差生成回路の解明

2014 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 26830023
• Research Institution: The Institute of Physical and Chemical Research
• Principal Investigator: 小澤 貴明 独立行政法人理化学研究所, 脳科学総合研究センター, 研究員 (90625352)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2016-03-31
• Keywords: 恐怖記憶 / 扁桃体 / 中脳水道周囲灰白質

Outline of Annual Research Achievements

恐怖学習が十分に進行すると，その学習強度は一定となり，以降の恐怖体験はさらなる恐怖学習を引き起こさなくなる。申請者はこの「恐怖学習の漸近化」現象を嫌悪的体験の強さに応じた適応的恐怖学習のモデルとしてその神経メカニズムおよびメカニズムの破綻がもたらす個体に対する影響を研究している。
平成26年度では，神経可塑性の生じる記憶貯蔵領域である扁桃体外側核（LA）において生じる，学習依存的な嫌悪刺激（US）に対する神経応答の低下が，扁桃体中心核（CeA）-中脳水道周囲灰白質（PAG）経路の活性化によって引き起こされていることが明らかになった。具体的には，恐怖学習が漸近値に到達するまでラットを訓練した後，嫌悪刺激の到来を予測する音刺激（CS）の提示中に限局した光遺伝学によるCeA-PAG経路の不活性化を行い，嫌悪刺激到来が予測可能な条件（CS+US），嫌悪刺激到来が予測できない条件（US単独提示）のそれぞれにおける嫌悪刺激に対するLAの応答におよぼす影響を検討しところ，CeA-PAG経路の不活性化によって，CS+US条件におけるUSに対するLAの神経応答の減少，すなわち学習依存的な嫌悪刺激に対する神経応答の低下，が消失するという脱抑制が生じた。
さらに， CeA-PAG経路が機能的に恐怖学習の漸近化を引き起こしていることも明らかになった。具体的には，学習が漸近化した後の過剰訓練時に，CSの提示中に限定されたCeA-PAG経路の不活性化を行ったところ，翌日のテストにおいてラットはCSに対し本来の漸近値を超えた恐怖反応を示した。

Current Status of Research Progress

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

Reason

当初の年度目標をして掲げた項目を全て達成することができた。

Strategy for Future Research Activity

当初の計画通り，PAGにおける嫌悪刺激に対する神経応答の変化とその機能，さらにLAとの連携について検討する。当初は光遺伝学を用いて神経活動の操作とその行動への影響を調べる予定であった。しかしながらPAGの下位領域ごとの機能的な差異を考慮し，PAGにおける嫌悪刺激に対する神経応答の変化を詳細に記録する実験を優先して行うよう，当初の計画を修正する。

Causes of Carryover

細胞記録用の電極作製，また実験動物に対する施術を効率的に行うことができたため，支出をおさえることができた。

Expenditure Plan for Carryover Budget

計画した実験をより効率的に行うために，分子定量，生体内レーザー照射および細胞外記録関連装置を購入予定である。

Research Products

• [Journal Article] Neural Circuits: Interacting Interneurons Regulate Fear Learning. (2014)
  • Author(s): Ozawa T and Johansen JP
  • Journal Title: Current Biology Volume: 24 Pages: R690-R693
  • DOI: doi:10.1016/j.cub.2014.06.050
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Hebbian and neuromodulatory mechanisms interact to trigger associative memory formation. (2014)
  • Author(s): Johansen JP, Diaz-Mataix L, Hamanaka H, Ozawa T, Ycu E, Koivumaa J, Kumar A, Hou M, Deisseroth K, Boyden ES, LeDoux JE
  • Journal Title: Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America Volume: 111 Pages: E5584-92
  • DOI: doi: 10.1073/pnas.1421304111.
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] CIRCUIT INTERACTIONS BETWEEN AMYGDALA AND PERIAQUEDUCTAL GRAY SET THE STRENGTH OF FEAR MEMORIES (2015)
  • Author(s): Takaaki Ozawa, Edgar A. Ycu, Touqeer Ahmed, Ashwani Kumar, Jenny Koivumaa, Joshua P. Johansen
  • Organizer: 6th EMCCS-FENS meeting
  • Place of Presentation: Milan, Italy
  • Year and Date: 2015-07-03
• [Presentation] 「神経生理学の最前線」：扁桃体-中脳水道周囲灰白質回路による予測誤差様神経活動の生成と恐怖記憶の制御 (2015)
  • Author(s): Takaaki Ozawa
  • Organizer: 脳科学若手の会第15回談話会
  • Place of Presentation: 東京大学（東京，目黒）
  • Year and Date: 2015-01-24
  • Invited
• [Presentation] An amygdala-periaqueductal gray circuit for calculating prediction errors in amygdala neurons and setting the strength of fear memories (2014)
  • Author(s): Takaaki Ozawa, Edgar A. Ycu, Touqeer Ahmed, Ashwani Kumar, Jenny Koivumaa, Joshua P. Johansen
  • Organizer: 包括脳ネットワーク 冬のシンポジウム
  • Place of Presentation: 東京医科歯科大（東京，文京）
  • Year and Date: 2014-12-12
• [Presentation] An amygdala-periaqueductal gray circuit for calculating prediction errors in amygdala neurons and setting the strength of fear memories (2014)
  • Author(s): Takaaki Ozawa, Edgar A. Ycu, Touqeer Ahmed, Ashwani Kumar, Jenny Koivumaa, Joshua P. Johansen
  • Organizer: Annual Meeting of Society for Neuroscience
  • Place of Presentation: California, US
  • Year and Date: 2014-11-17
• [Presentation] An amygdala-periaqueductal gray circuit for calculating prediction errors in amygdala neurons and setting the strength of fear memories (2014)
  • Author(s): Takaaki Ozawa, Edgar A. Ycu, Touqeer Ahmed, Ashwani Kumar, Jenny Koivumaa, Joshua P. Johansen
  • Organizer: 13th Annual Molecular and Cellular Cognition Society Meeting
  • Place of Presentation: California, US
  • Year and Date: 2014-11-13
• [Presentation] A circuit interaction between amygdala and periaqueductal gray regulates fear memory strength (2014)
  • Author(s): Takaaki Ozawa, Edgar A. Ycu, Touqeer Ahmed, Ashwani Kumar, Jenny Koivumaa, Joshua P. Johansen
  • Organizer: 第57回日本神経化学会大会
  • Place of Presentation: 奈良文化会館（奈良，奈良）
  • Year and Date: 2014-09-29
• [Presentation] A neural circuit mechanism for calculating prediction errors in amygdala neurons and setting the strength of fear memories (2014)
  • Author(s): Takaaki Ozawa, Edgar A. Ycu, Touqeer Ahmed, Ashwani Kumar, Jenny Koivumaa, Joshua P. Johansen
  • Organizer: 第37回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜（神奈川，横浜）
  • Year and Date: 2014-09-13
• [Presentation] 大会企画シンポジウム「動物の生理心理学は終わったのか?」：神経活動の記録と操作による 連合学習制御回路の解明 (2014)
  • Author(s): Takaaki Ozawa
  • Organizer: 日本心理学会第78回大会
  • Place of Presentation: 同志社大学（京都，京都）
  • Year and Date: 2014-09-10
  • Invited
• [Presentation] 扁桃体-中脳水道周囲灰白質回路は恐怖記憶の強さを制御する (2014)
  • Author(s): Takaaki Ozawa, Edgar A. Ycu, Touqeer Ahmed, Ashwani Kumar, Jenny Koivumaa, Joshua P. Johansen
  • Organizer: 平成26年度 生理学若手研究者フォーラム
  • Place of Presentation: 東京女子医大（東京，新宿）
  • Year and Date: 2014-07-26
• [Presentation] A negative feedback pathway which generates prediction errors in amygdala neurons and sets learning asymptotes during auditory fear conditioning in rats (2014)
  • Author(s): Takaaki Ozawa, Edgar A. Ycu, Touqeer Ahmed, Ashwani Kumar, Jenny Koivumaa, Joshua P. Johansen
  • Organizer: 日本動物心理学会第74回大会
  • Place of Presentation: 国際観光センターフロイデ（愛知，犬山）
  • Year and Date: 2014-07-19
• [Presentation] CIRCUIT INTERACTIONS BETWEEN AMYGDALA AND PERIAQUEDUCTAL GRAY SET THE STRENGTH OF FEAR MEMORIES (2014)
  • Author(s): Takaaki Ozawa, Edgar A. Ycu, Touqeer Ahmed, Ashwani Kumar, Jenny Koivumaa, Joshua P. Johansen
  • Organizer: 9th The Federation of all European Neuroscience Societies meeting
  • Place of Presentation: Milan, Italy
  • Year and Date: 2014-07-08