2014 Fiscal Year Research-status Report
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26840109
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
濱中 良隆 北海道大学, 理学(系)研究科(研究院), 研究員 (10647572)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 記憶学習 / 昆虫 / ドーパミン / 細胞内電位記録 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、『記憶・学習の神経基盤解明の一端』として位置づけられる。具体的には、昆虫の匂い学習系を用いる。昆虫の学習過程は 『Mizunami-Unoki モデル』により説明される。このモデルは、これまで無脊椎動物と哺乳類の両方で知られてきた学習過程の要素を同時に含んでおり、『昆虫の学習が既知の学習過程では説明できない新規の学習過程である』ことを強く示唆している。ゴキブリでは、Mizunami-Unoki モデルの核を担う神経領域がキノコ体の『垂直葉』であることがわかってきた。私は、学習に伴った垂直葉のニューロンの活動変化を解析し、そのダイナミックな変化を単一細胞レベルで明らかにする。学習には、罰と報酬の2種類があり、罰学習には、『ドーパミン（DA）』が深く関わる。私はこれまでに、キノコ体の『傘部』近傍に細胞体を持つDAニューロンが垂直葉に投射することを明らかにした（浜中ら、投稿準備中）。以上の背景から、私はまず、罰学習の系で記憶・学習の神経基盤の解明に着手した。現在、垂直葉の外来性ニューロンの匂い応答性と投射形態の解析は順調に進んでいる。実験の結果、外来性ニューロンはi) 匂いに応答するタイプとii) 応答しないタイプの2つに大別されることがわかってきた。学習に関わるニューロンは匂いをコードする『キノコ体内因性ニューロン（ケニオン細胞）』と『キノコ体出力ニューロン』、両者のシナプス結合を修飾すると考えられ、Mizunami-Unokiモデルもモデルの核を担うDAニューロンを『入力ニューロン』として位置づけている。今のところ、一番のターゲットであるDAニューロンからの記録は未だ成功していない。本研究は、Mizunami-Unokiモデルを単一ニューロンの活動レベルで検証するものである。その独創性と学術的意義を考慮すれば、現在直面している困難を乗り越え、この研究を推進していく意義は極めて高い。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
ゴキブリでは、単一ニューロンの電気生理学的解析が比較的容易であり、垂直葉に投射する外来性ニューロンの匂い応答性と投射形態の解析は順調に進んでいる。一方で、一番のターゲットであるドーパミンニューロンからの記録は残念ながら成功していない。1つ理由として、標的とするドーパミンニューロンの数が少ないことが挙げられる。ゴキブリの垂直葉には、少なくとも数百個の外来性ニューロンが投射していると予想される。これに対し、標的とする垂直葉に投射するドーパミンニューロンの数は片側約20個である。この様に数の少ないニューロンからの記録頻度はどうしても低くなる傾向がある。2つ目の理由として、ドーパミンニューロンの軸索が他の外来性ニューロンと比較して細い可能性が挙げられる。現在、軸索を狙って垂直葉に電極を下ろしており、標的ニューロンの軸索サイズは細胞内電位記録の成功率を大きく左右する。
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| Strategy for Future Research Activity |
ドーパミンニューロンからの記録：
１）ドーパミンニューロンからの記録が上手くいかない理由として、少数である事、そして軸索が細い可能性が考えられる。そこで、電極の先端形状や、電極を挿入する角度を変えることで、軸索の細いニューロンからもスムーズに記録できるよう工夫する必要がある。困難も予想されるが、これまでの経験に基づき、粘り強く研究を進めていくことで必ずブレークスルーが見つかるはずである。
２）免疫染色で標識したドーパミン陽性ニューロンからの細胞内電位記録を行うためには、細胞からの記録後、色素注入を行い、標識ニューロンを含む脳標本をドーパミン抗体（あるいは、その合成酵素の１つであるチロシンヒドロキシラーゼ抗体）で免疫染色する必要がある。垂直葉に投射するドーパミンニューロンの投射パターンはわかっている。そこで、該当する可能性のあるニューロンからの記録と染色が成功した場合、その脳標本を免疫染色用に処理し、そのニューロンがドーパミンニューロンであるか否かを丁寧に検証していく必要がある。これは、一見遠まわしに見えるが、いったんドーパミンニューロンの電気生理学的特性と投射形態が明らかになれば、次回以降はそれらの特徴を指標に、免疫染色を行うことなく、ドーパミンニューロンであるか否かを高い確立で判断できる。
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| Causes of Carryover |
研究計画1年目の『ドーパミン陽性ニューロンからの細胞内電位記録』の進行具合が当初の予定より遅れており、1年目の後半に実施予定であったオクトパミン作動性ニューロン（報酬情報をコードするニューロン）の同定が2年目にずれ込んだ。その結果、オクトパミン抗体、及び免疫組織学用品の購入費用を止むを得ず2年目に持ち越した。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
2年目に持ち越した研究費は、オクトパミン抗体および組織学用品の購入に充当する。
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