2019 Fiscal Year Annual Research Report
光と機械学習による恐怖記憶情報処理機構の解明
Publicly Offered Research
| Project Area | Brain information dynamics underlying multi-area interconnectivity and parallel processing |
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| Project/Area Number |
18H05144
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| Research Institution | National Institute for Physiological Sciences |
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Principal Investigator |
揚妻 正和 生理学研究所, 基盤神経科学研究領域, 特任准教授 (30425607)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 二光子イメージング / population coding / 恐怖条件付け / 前頭前野 / 光遺伝学 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
マウス大脳皮質における「内側前頭前野（mPFC）」はヒトの前頭前野背外側部に相当し、報酬記憶・嫌悪記憶といった様々な情動に関する記憶の管理を担う。大脳皮質での情報処理では一般に、神経細胞集団は全体として精密に制御されなければならないことが示唆されている。しかし実際どのような制御が脳機能の達成に重要であるかについては、情報論的な概念や仮説が提唱されるにとどまっている場合が多い。研究代表者らはこれまで、2光子神経活動イメージング技術によりこの問題に着手し、さらに光遺伝学的な神経活動操作を同時に行う手法を確立することで、大脳皮質での神経集団による情報コーディング（population coding）の基盤について明らかにしてきた。本研究ではこれらの技術を応用し、擬似自由行動中のマウスにおける神経集団活動の経時的な計測と操作を行うことで、mPFCの神経細胞集団による情動記憶の情報処理基盤を解明することを目的としている。
過去の研究で、内側前頭前皮質（mPFC）の一部、前辺縁皮質（PL）では、学習依存的な恐怖反応に伴って、神経活動の変化が報告されている。そこで、深部２光子イメージングを行い、PLを中心としたmPFCからの神経活動観察を進めてきた。遺伝子コード型カルシウムセンサーの利用により、長期的に細胞を標識し、同一の神経細胞群における学習経過を通じた神経発火パターンの変化についてのデータ取得を実現した。さらに、数理学的なアプローチによりこれらの観測で得られたデータの解析を進め、いくつかの興味深い現象を検出している。特に本年度は、領域内の共同研究を推進し、ヘテロな情報をコードするmPFCから、恐怖反応をコードするアンサンブル（神経細胞集団としての活動）を特異的に検出する方法を開発した。並行して、そこから得られた仮説を検証するために、光による神経活動操作技術の開発・光学系も概ね完成した。
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| Research Progress Status |
令和元年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和元年度が最終年度であるため、記入しない。
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