2016 Fiscal Year Annual Research Report
連合記憶想起における側頭葉サブ領域間神経回路の研究
Publicly Offered Research
| Project Area | Principles of memory dynamism elucidated from a diversity of learning systems |
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| Project/Area Number |
16H01281
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| Research Institution | Juntendo University |
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Principal Investigator |
竹田 真己 順天堂大学, 医学部, 特任准教授 (00418659)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 長期記憶 / 側頭葉 / 電気生理学 / MRI |
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| Outline of Annual Research Achievements |
記憶の情報処理メカニズムに関して、皮質層レベルの情報処理（メゾスコピック）から関連領野間の情報処理（マクロスコピック）まで複数の空間スケールにおける情報処理に注目して研究を進め、論文発表を行った。
脳深部に関連領域が存在する連合記憶などの高次脳機能については、方法論的な限界があったために、皮質層構造が果たす役割はほとんど解明されていなかった。そこで、対連合記憶課題を遂行するサルを被験体として、微小電極記録法、MRIと組織切片法を組み合わせることによって、記録ニューロンの皮質層を同定した。実験の結果、側頭葉36野において、第5層に存在するニューロンが連合記憶を符号化する一方で、第6層のニューロンは想起された情報を出力することを明らかにした。これらの結果から、霊長類の大脳皮質において第5層から6層へと情報が受け渡される中で想起対象へと情報が変換される新規の情報処理過程が明らかになった(Koyano et al)。
次に、36野を含む側頭葉全体が記憶想起にどのような働きをしているのかについて調べた。新規に開発したECoG電極を用いて高密度皮質脳波を測定し、記憶想起信号の伝播過程を調べた。実験の結果、側頭葉から海馬にわたってシータ波帯域の特徴的伝播信号を同定し、この伝播信号が記憶想起に必要であることを明らかにした (Nakahara et al)。
さらに側頭葉を含む脳全体の記憶想起システムについても研究を行った。メタ記憶課題遂行中のサルのfMRIイメージングを行い、関連脳領域を同定した。同定した前頭葉部位のaPSPDおよびSEFaにムシモルを注入し神経活動を抑制するとメタ記憶課題の正答率が減少することが明らかとなった。本研究により、メタ記憶には前頭葉の複数領域の活性が必須であることが明らかとなった (Miyamoto et al) 。
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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
研究実績に記したように、2016年度は、3報の原著論文と1報の総説を執筆した。その他に、光遺伝学的手法をサルに応用するための技術的な開発を行った。ArchTを発現させたラット脳を用いて、光照射のための光ファイバー位置から電気生理学的に記録を行っているArchT発現ニューロンの距離を計測した。次に、その距離に応じて、神経活動抑制がどのような変化をするかを調べることで、広範囲の脳領域を効率よく神経攪乱させるための条件検討を行った（学会発表）。この技術開発と並行して、再認課題遂行中のサル側頭葉ニューロンの神経活動をChR2を用いて光遺伝学的に制御することで、再認パフォーマンスにどのような影響があるかを調べた。また、この研究のために、in vivoで蛍光強度を測定するシステムを開発し、課題遂行中にChR2発現ニューロン群に光が照射されているかを調べることを可能とした。これらの成果は、現在論文執筆中である。また、本研究課題で購入した器具などにより、側頭葉サブ領域群の同時記録及び光遺伝学的実験を実現する環境を整備中である。
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| Strategy for Future Research Activity |
2016年度に整備した実験環境を用いて、記憶課題遂行中のサル側頭葉記憶関連サブ領域群からの同時記録及び光遺伝学的実験データを取得する。実験の際には、これまで行ってきた技術開発の知見を利用し、より効率よくデータ収集が行えるようにする。光照射による神経応答が十分に得られなかったり、サルの行動変化が認められなかった場合は、ウィルスを感染させる範囲や光刺激を行う範囲を拡大させることにより解決を図る。また、電気刺激による行動変化も計測し、光刺激による行動変化との比較を行う。
得られたデータは周波数解析や因果性解析などを用いて解析する。実験結果をまとめ、学会発表および論文発表を行う。また、研究室のHPやプレスリリースなどを用いて、積極的に研究成果を社会・国民に発信する。
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[Journal Article] Causal neural network of metamemory for retrospection in primates2017
Author(s)
Miyamoto, K., Osada, T., Setsuie, R., Takeda, M., Tamura, K., Adachi, Y., and Miyashita, Y.
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Journal Title
Science
Volume: 355
Pages: 188-193
DOI
Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
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[Journal Article] Laminar module cascade from layer 5 to 6 implementing cue-to-target conversion for object memory retrieval in the primate temporal cortex2016
Author(s)
Koyano, K.W., Takeda, M.*, Matsui, T., Hirabayashi, T., Ohashi, Y., and Miyashita, Y.*
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Journal Title
Neuron
Volume: 92
Pages: 518-529
DOI
Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
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[Journal Article] Associative-memory representations emerge as shared spatial patterns of theta activity spanning the primate temporal cortex2016
Author(s)
Nakahara, K., Adachi, K., Kawasaki, K., Matsuo, T., Sawahata, H., Majima, K., Takeda, M., Sugiyama, S., Nakata, R., Iijima, A., Tanigawa, H. Suzuki, T., Kamitani, Y. and Hasegawa, I.
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Journal Title
Nature Communications
Volume: 7
Pages: 11827
DOI
Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
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