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行列型電極刺激法による皮質線条体シナプスの学習機構の解明

Research Project

Project/Area Number 17J00440
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Neurophysiology / General neuroscience
Research InstitutionOkinawa Institute of Science and Technology Graduate University

Principal Investigator

渡邉 桜子  沖縄科学技術大学院大学, 科学技術研究科, 特別研究員(DC2)

Project Period (FY) 2017-04-26 – 2020-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2019)
Budget Amount *help
¥1,900,000 (Direct Cost: ¥1,900,000)
Fiscal Year 2018: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2017: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
Keywordsシナプス可塑性 / ドーパミン / 皮質線条体 / 学習 / 情報選択 / 学習機構 / マウス
Outline of Annual Research Achievements

われわれ含め動物は、常に変化する環境に適応するため、学習し記憶しながら生活している。特に、皮質線条体は学習に関わる脳部位であり、この皮質線条体シナプスにおける長期的なシナプス結合の変化(シナプス可塑性)が、学習の神経機構であると考えられている。本研究の目的は、皮質線条体のシナプスにおいて、 複数の入力を受けたときの情報選択機構と、報酬ドーパミンのタイミングに着目し、神経細胞の学習機構を実験上で再現することである。
電気生理学的手法でマウスの脳細胞記録を計測し、二組の異なる電気刺激からの入力に特異的なシナプス可塑性を計測した。すると、細胞の発火の前に生じたEPSPにのみ、長期抑圧(LTD)が起こった。この実験結果から、細胞は、二組の情報をタイミングに応じて異なるシナプス可塑性を示すことがわかった。また、細胞を発火させず、二組の入力のみ行った対照実験の結果、二組の入力の相互作用によって、LTDが起こることが示された。
続いて、光操作による報酬ドーパミンのタイミングと組み合わせたシナプス可塑性実験を行なった。光刺激により特定の細胞を活性化するためチャネルロドプシン(ChR2)を発現したマウスと、ドーパミン細胞に特異的に発現させるDAT-Creマウス、及び線条体の特定の細胞種(D1 MSN)を特定するマーカーを発現したマウスを交配し、細胞種を特定しつつ安定したChR2の発現を実現する方法を確立した。この光操作と組み合わせた複数入力下のシナプス可塑性実験を行なったところ、同一細胞内で、一方の入力に対し長期増強(LTP)、もう一方に対しLTDが起こるなど、異なるシナプス可塑性が認められた。
これらの結果から、線条体の神経細胞が、異なる情報(入力)に対して、異なるシナプス可塑性により情報処理を行なっていることが初めて示された。

Research Progress Status

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

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。

Report

(2 results)
  • 2019 Annual Research Report
  • 2017 Annual Research Report
  • Research Products

    (4 results)

All 2019 2018

All Journal Article (1 results) (of which Peer Reviewed: 1 results) Presentation (3 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results)

  • [Journal Article] A silent eligibility trace enables dopamine-dependent synaptic plasticity for reinforcement learning in the mouse striatum2018

    • Author(s)
      Shindou Tomomi、Shindou Mayumi、Watanabe Sakurako、Wickens Jeffery
    • Journal Title

      European Journal of Neuroscience

      Volume: - Issue: 5 Pages: 726-736

    • DOI

      10.1111/ejn.13921

    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Interaction of multiple cortical and dopaminergic inputs in striatal spike timing-dependent plasticity2019

    • Author(s)
      Sakurako Watanabe
    • Organizer
      3rd Nordic Neuroscience
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Effects of multiple cortical inputs on the striatal spike timing-dependent plasticity2018

    • Author(s)
      Sakurako Watanabe、Jeffery Wickens
    • Organizer
      Gordon Research Seminar Basal Ganglia
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Effects of multiple cortical inputs on the striatal spike timing-dependent plasticity2018

    • Author(s)
      Sakurako Watanabe、Jeffery Wickens
    • Organizer
      Gordon Research Conference Basal Ganglia
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research

URL: 

Published: 2017-05-25   Modified: 2024-03-26  

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