2018 Fiscal Year Annual Research Report
Sleep/wakefulness state dependent brain information dynamics among hypothalamus, septum and hippocampus
Publicly Offered Research
| Project Area | Brain information dynamics underlying multi-area interconnectivity and parallel processing |
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| Project/Area Number |
18H05124
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
山中 章弘 名古屋大学, 環境医学研究所, 教授 (60323292)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 睡眠覚醒 / 視床下部 / メラニン凝集ホルモン / 海馬 / 中隔核 |
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| 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。
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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
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。
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| 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。
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Research Products
(34 results)
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[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
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Journal Title
Nat Commun
Volume: 10(1)
Pages: 1391
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[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
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Journal Title
Addict Biol
Volume: -
Pages: -
DOI
Peer Reviewed
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[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
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Journal Title
Cell Rep
Volume: 24(8)
Pages: 2191-2195
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[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
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Journal Title
Sci Transl Med
Volume: 10(447)
Pages: -
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[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.
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Journal Title
Nat Commun
Volume: 9(1)
Pages: 4604
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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