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2018 Fiscal Year Annual Research Report

Sleep/wakefulness state dependent brain information dynamics among hypothalamus, septum and hippocampus

Publicly Offered Research

Project AreaBrain information dynamics underlying multi-area interconnectivity and parallel processing
Project/Area Number 18H05124
Research InstitutionNagoya University

Principal Investigator

山中 章弘  名古屋大学, 環境医学研究所, 教授 (60323292)

Project Period (FY) 2018-04-01 – 2020-03-31
Keywords睡眠覚醒 / 視床下部 / メラニン凝集ホルモン / 海馬 / 中隔核
Outline of Annual Research Achievements

睡眠覚醒状態変化に伴い、脳の情報処理は大きく変動する。特に、覚醒状態からノンレム睡眠、ノンレム睡眠からレム睡眠へと状態変化する際に脳波レベルでも大きな変化が見られる。本研究では、睡眠覚醒状態変化時に視床下部ー中隔核ー海馬間の機能連関がどのように変化するのかについて明らかにすることを目的としている。既に視床下部のメラニン凝集ホルモン(MCH)産生神経が中隔核と海馬に密に投射していることを見いだしている。睡眠覚醒状態変化に応じたMCH神経の活動を記録するために、MCH神経特異的にカルシウムインジケータであるGCaMP6を発現させ、カルシウムシグナルを用いて活動記録を行った。光でMCH神経全体の活動を記録できるファイバーフォトメトリーを適用し、脳波筋電図と同時に記録したところ、MCH神経活動はレム睡眠中と覚醒中に高まることが明らかになった。さらに、単一細胞レベルでの活動を明らかにするために、超小型顕微鏡nVistaを用いてMCH神経の活動記録を行った。脳波筋電図と同時に神経活動を記録したところ、覚醒時に活動するMCH神経、レム睡眠時に活動するMCH神経、覚醒時とレム睡眠の両方で活動するMCH神経の3種類があることが分かった。3種類のMCH神経は視床下部にランダムに存在しており、レム睡眠中に活動するMCH神経が比較的多いことも明らかとなった。これら3種類のMCH神経の睡眠覚醒調節における機能について、睡眠覚醒状態依存的光遺伝学による抑制を用いて検討を行った。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

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

Reason

MCH神経の活動が、睡眠覚醒状態変化に伴いどのように変化するのかについてファイバーフォトメトリーと脳波筋電図を用いた記録によって検討したところ、覚醒時とレム睡眠時の両方で活動することを明らかにした。さらに、単一細胞レベルでの活動について、超小型顕微鏡nVistaを用いて記録したところ、MCH神経には覚醒時に主に活動する神経、レム睡眠時に活動する神経、覚醒時とレム睡眠時の両方で活動する神経の3種類あることを突き止めた。これらの結果は、MCH神経が摂食行動や睡眠覚醒という異なる生理機能に関わっているというこれまでの研究を支持する結果であり、今後3種類の生理的役割の解明によって、さらに詳細に理解が進むものと思われる。

Strategy for Future Research Activity

超小型顕微鏡nVistaを用いて記録したところ、MCH神経には覚醒時に主に活動する神経、レム睡眠時に活動する神経、覚醒時とレム睡眠時の両方で活動する神経の3種類あることを突き止めた。今後は、睡眠覚醒状態依存的光遺伝学による抑制によって、それぞれの神経がどのような生理機能を担っているのかについて明らかにしていく。また、中隔核と海馬においてMCH神経活動が変化したときに神経活動がどのように変化するのかについても、電気生理学的解析を用いて明らかにしていく。

  • Research Products

    (34 results)

All 2019 2018

All Journal Article (14 results) (of which Int'l Joint Research: 6 results,  Peer Reviewed: 14 results,  Open Access: 6 results) Presentation (20 results) (of which Int'l Joint Research: 6 results,  Invited: 20 results)

  • [Journal Article] Functional emergence of a column-like architecture in layer 5 of mouse somatosensory cortex in vivo2019

    • Author(s)
      Koizumi K, Inoue M, Chowdhury S, Bito H, Yamanaka A, Ishizuka T, *Yawo H
    • Journal Title

      J Physiol Sci

      Volume: 69(1) Pages: 65-77

    • DOI

      doi: 10.1007/s12576-018-0618-4.

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Large Timescale Interrogation of Neuronal Function by Fiberless Optogenetics Using Lanthanide Micro-particles2019

    • Author(s)
      Miyazaki T, Chowdhury S, Yamashita T, Matsubara T, Yawo H, Yuasa H, Yamanaka A*
    • Journal Title

      Cell Rep

      Volume: 26(4) Pages: 1033-1043

    • DOI

      doi: 10.1016/j.celrep.2019.01.001.

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Preproenkephalin-expressing ventral pallidal neurons control inhibitory avoidance learning. 2019 (in press)2019

    • Author(s)
      Macpherson T, Mizoguchi H, Yamanaka A, Hikida T
    • Journal Title

      Neurochem Int

      Volume: 126 Pages: 11-18

    • DOI

      doi: 10.1016/j.neuint.2019.02.011.

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Upconversion Amplification through Dielectric Superlensing Modulation2019

    • Author(s)
      Liang L, Teh DBL, Dinh ND, Chen W, Chen Q, Wu Y, Chowdhury S, Yamanaka A, Sum TC, Chen CH, Thakor NV, All AH, Liu X
    • Journal Title

      Nat Commun

      Volume: 10(1) Pages: 1391

    • DOI

      doi: 10.1038/s41467-019-09345-0.

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Opposing roles of dopamine receptor D1- and D2-expressing neurons in the anteromedial olfactory tubercle in acquisition of place preference in mice2019

    • Author(s)
      Murata K, Kinoshita T, Fukazawa Y, Kobayashi K, Yamanaka A, Hikida T, Manabe H, Yamaguchi M
    • Journal Title

      Front Behav Neurosci

      Volume: 13 Pages: 50

    • DOI

      doi: 10.3389/fnbeh.2019.00050.

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Glutamatergic neurons in the medial prefrontal cortex mediate the formation and retrieval of cocaine-associated memories in mice2019

    • Author(s)
      Zhang T, Yanagida J, Kamii H, Wada S, Domoto M, Sasase H, Deyama S, Takarada T, Hinoi E, Sakimura K, Yamanaka A, Maejima T, Mieda M, Sakurai T, Nishitani N, Nagayasu K, Kaneko S, Minami M, Kaneda K
    • Journal Title

      Addict Biol

      Volume: - Pages: -

    • DOI

      doi: 10.1111/adb.12723.

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Reward probability and timing uncertainty alter the effect of dorsal raphe serotonin neurons on patience2018

    • Author(s)
      *Miyazaki K, Miyazaki KW, Yamanaka A, Tokuda T, Tanaka KF, Doya K
    • Journal Title

      Nat Commun

      Volume: 9(1) Pages: 2048

    • DOI

      doi: 10.1038/s41467-018-04496-y

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Partial ablation of the orexin field induces a sub narcoleptic phenotype in a conditional mouse model of orexin neurodegeneration2018

    • Author(s)
      Black SW,* Sun JD, Santiago P, Laihsu A, Kimura N, Yamanaka A, Bersot R, Humphries PS
    • Journal Title

      Sleep

      Volume: 41(9) Pages: -

    • DOI

      10.1093/sleep/zsy116

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Inactivation of Serotonergic Neurons in the Rostral Medullary Raphe attenuates Stress-induced Tachypnea and Tachycardia in Mice2018

    • Author(s)
      Ikoma Y, Kusumoto-Yoshida I, Yamanaka A, Ootsuka Y, *Kuwaki T
    • Journal Title

      Front Physiol

      Volume: 9 Pages: 832

    • DOI

      10.3389/fphys.2018.00832

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Acute aversive stimuli rapidly increase the activity of ventral tegmental area dopamine neurons in awake mice.2018

    • Author(s)
      *Moriya S, Yamashita A, Kawashima S, Nishi R, Yamanaka A, Kuwaki T
    • Journal Title

      Neuroscience

      Volume: 386 Pages: 16-23

    • DOI

      10.1016/j.neuroscience.2018.06.027

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Parallel arousal pathways in the lateral hypothalamus2018

    • Author(s)
      Heiss JE,Yamanaka A, *Kilduff TS
    • Journal Title

      eNeuro

      Volume: 5(4) Pages: -

    • DOI

      doi: 10.1523/ENEURO.0228-18.2018.

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Calcium Transient Dynamics of Neural Ensembles in the Primary Motor Cortex of Naturally Behaving Monkeys2018

    • Author(s)
      Kondo T, Saito R, Otaka M, Yoshino-Saito K, Yamanaka A, Yamamori T, Watakabe A, Mizukami H, Schnitzer MJ, Tanaka KF, *Ushiba J, *Okano H
    • Journal Title

      Cell Rep

      Volume: 24(8) Pages: 2191-2195

    • DOI

      doi: 10.1016/j.celrep.2018.07.057.

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Opiates increase the number of hypocretin-producing cells in human and mouse brain and reverse cataplexy in a mouse model of narcolepsy.2018

    • Author(s)
      Thannickal TC, John J, Shan L, Swaab DF, Wu MF, Ramanathan L, McGregor R, Chew KT, Cornford M, Yamanaka A, Inutsuka A, Fronczek R, Lammers GJ, Worley PF, *Siegel JM
    • Journal Title

      Sci Transl Med

      Volume: 10(447) Pages: -

    • DOI

      doi: 10.1126/scitranslmed.aao4953.

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Neuronal SIRT1 regulates macronutrient-based diet selection through FGF21 and oxytocin signalling in mice2018

    • Author(s)
      Matsui S, Sasaki T, Kohno D, Yaku K, Inutsuka A, Yokota-Hashimoto H, Kikuchi O, Suga T, Kobayashi M, Yamanaka A, Harada A, Nakagawa T, Onaka T, Kitamura T.
    • Journal Title

      Nat Commun

      Volume: 9(1) Pages: 4604

    • DOI

      doi: 10.1038/s41467-018-07033-z.

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] 睡眠覚醒調節と記憶の制御に関わる神経の活動記録と操作2019

    • Author(s)
      山中章弘
    • Organizer
      平成30年度生命融合科学教育部シンポジウム 神経科学が解き明かす動物の行動:機能の変容と疾患
    • Invited
  • [Presentation] 睡眠覚醒調節神経の機能的同定2019

    • Author(s)
      山中章弘
    • Organizer
      第92回日本薬理学会年会
    • Invited
  • [Presentation] Adeno-associated virus vector micro injection into mice brain to reveal function of neural circuitry involved in the regulation of sleep/wakefulness.2019

    • Author(s)
      Yamanaka A
    • Organizer
      FAOPS2019
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Regulation of sleep and memory2018

    • Author(s)
      Yamanaka A
    • Organizer
      第10回光操作研究会・第2回脳情報動態合同国際シンポジウムJoint symposium of 10th Optogenetics Research Conference and Second International Symposium on Brain Information Dynamics 2018
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Dissociating orexin-dependent and -independent functions of orexin neurons using novel orexin-Flp knock-in mice2018

    • Author(s)
      Yamanaka A
    • Organizer
      7th International Symposium on Narcolepsy
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Sleep/wakefulness analysis of orexin and MCH neurons double ablated mice2018

    • Author(s)
      Hung CJ, Ono D, Yamanaka A
    • Organizer
      7th International Symposium on Narcolepsy
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Orexin and MCH neurons double ablation mice. Isolation of effect of orexin using orexin-Flippase mice.2018

    • Author(s)
      Yamanaka A
    • Organizer
      7th International Symposium on Narcolepsy
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Neural activity manipulation and behavior control by using fiber-less optogenetics2018

    • Author(s)
      Yamanaka A
    • Organizer
      National University of Singapore, Department of Chemistry, Research Seminar
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Regulatory mechanism of sleep/wakefulness and memory by the hypothalamic neurons2018

    • Author(s)
      山中章弘
    • Organizer
      島根大学セミナー
    • Invited
  • [Presentation] 睡眠覚醒調節、痛み調節におけるオレキシンの役割2018

    • Author(s)
      山中章弘
    • Organizer
      第12回日本緩和医療薬学会年会
    • Invited
  • [Presentation] 睡眠覚醒調節におけるオレキシンの役割2018

    • Author(s)
      山中章弘
    • Organizer
      第41回日本神経科学大会 ランチョンセミナー10
    • Invited
  • [Presentation] Role of cholinergic neurons in the septum on the regulation of sleep and memory2018

    • Author(s)
      山中章弘、宮﨑杜夫
    • Organizer
      第41回日本神経科学大会 シンポジウム: 神経修飾物質による脳状態制御: 先進的実験と計算論的アプローチを結ぶ
    • Invited
  • [Presentation] アップコンバージョンを用いたファイバーレス光遺伝学の開発2018

    • Author(s)
      宮﨑杜夫、Chowdhury Srikanta、山下貴之、八尾 寛、湯浅英哉、山中章弘
    • Organizer
      第56回日本生物物理学会年会
    • Invited
  • [Presentation] Study of regulatory mechanism of sleep/wakefulness and memory by optogenetical neural activity manipulation2018

    • Author(s)
      山中章弘
    • Organizer
      第91回日本生化学会大会
    • Invited
  • [Presentation] 内側中核アセチルコリン作動性神経による睡眠と記憶の制御2018

    • Author(s)
      山中章弘
    • Organizer
      記憶研究会2018 記憶・学習の基盤機構と回路研究の新展開へのアプローチ
    • Invited
  • [Presentation] 睡眠と記憶を制御する神経活動の操作と記録2018

    • Author(s)
      山中章弘
    • Organizer
      第8回生理学研究所・名古屋大学医学系研究科合同シンポジウム
    • Invited
  • [Presentation] 睡眠と記憶を制御する神経活動の操作と記録2018

    • Author(s)
      山中章弘
    • Organizer
      星薬科大学セミナー
    • Invited
  • [Presentation] ファイバーレス光遺伝学を用いた睡眠覚醒と記憶制御のメカニズム解明2018

    • Author(s)
      山中章弘
    • Organizer
      第三回ルミノジェネティクス研究会
    • Invited
  • [Presentation] 生活習慣病と睡眠覚醒とのただならぬ関係2018

    • Author(s)
      山中章弘
    • Organizer
      第3回Cortin Conference
    • Invited
  • [Presentation] 腹側被蓋野(VTA)のGABA作動性神経はノンレム睡眠を調節する2018

    • Author(s)
      山中章弘
    • Organizer
      平成30年度脳研究所共同利用共同研究合同セミナー
    • Invited

URL: 

Published: 2019-12-27  

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