Understanding of information processing in the taste pathway

Research Project

Project/Area Number	23K24514
Project/Area Number (Other)	22H03255 (2022-2023)
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
Allocation Type	Multi-year Fund (2024) Single-year Grants (2022-2023)
Section	一般
Review Section	Basic Section 57010:Oral biological science-related
Research Institution	Kyoto Prefectural University of Medicine
Principal Investigator	相馬祥吾京都府立医科大学, 医学(系)研究科(研究院), 助教 (00723256)
Project Period (FY)	2022-04-01 – 2026-03-31
Project Status	Granted (Fiscal Year 2024)
Budget Amount *help	¥17,420,000 (Direct Cost: ¥13,400,000、Indirect Cost: ¥4,020,000) Fiscal Year 2025: ¥3,120,000 (Direct Cost: ¥2,400,000、Indirect Cost: ¥720,000) Fiscal Year 2024: ¥3,510,000 (Direct Cost: ¥2,700,000、Indirect Cost: ¥810,000) Fiscal Year 2023: ¥3,510,000 (Direct Cost: ¥2,700,000、Indirect Cost: ¥810,000) Fiscal Year 2022: ¥7,280,000 (Direct Cost: ¥5,600,000、Indirect Cost: ¥1,680,000)
Keywords	味覚 / 中枢神経 / 電気生理学
Outline of Research at the Start	動物は味覚により食行動を調節する。その背景には、舌の味蕾における食物が含む化学物質の受容、脳での味の認識や価値判断のプロセスが存在する。しかし、これら味覚体験の神経基盤は多くが未解明である。どのように多様な味を受容・識別し、価値を判断するのか？本研究では、最新技術を駆使し舌の味細胞から中枢の神経細胞の活動を記録・観測することで、末梢から中枢に至る味覚の受容・認識・嗜好の貫階層的基本原理を解明する。
Outline of Annual Research Achievements	動物は味覚により食行動を調節する。その背景には、舌の味蕾における食物が含む化学物質の受容、脳での味の認識や価値判断のプロセスが存在する。しかし、これら味覚体験の神経基盤は多くが未解明である。どのように多様な味を受容・識別し、価値を判断するのか？本研究では、最新技術を駆使し舌の味細胞から中枢の神経細胞の活動を記録・観測することで、末梢から中枢に至る味覚の受容・認識・嗜好の貫階層的基本原理を解明する。昨年度は味蕾から入力する味覚情報は脳でいかに表現されるのかを明らかにするため、申請者はノイズフリーかつ多階層の大規模神経活動記録が可能な「マルチオプトタグ多細胞同時記録法」を開発・改良した。本法では、味蕾に光駆動型イオンチャネルChR2を発現させた遺伝子改変マウスを使用する。このマウスの脳に128個のチャンネルのついた電極を刺入して神経細胞活動を記録しながら舌へレーザー照射を行うと、味蕾と繋がっている脳神経細胞、すなわち味覚ニューロンを触覚ノイズと切り分けて高精度に同定することが可能である。本年度は、本法の有用性を味覚伝導路の脳の入口に位置する孤束核にて示し、これを味覚伝導路核と大脳皮質に拡張適用した。その結果、各脳領域においてもマルチオプトタグ多細胞同時記録法の有効性が確認できた。得られた大規模データを詳細に解析すること味覚伝導路における階層的情報処理の意義、すなわち認識の貫階層的基本原理を明らかにしていく。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason ノイズフリーかつ多階層の大規模神経活動記録が可能な「マルチオプトタグ多細胞同時味蕾から入力する味覚情報は脳でいかに表現されるのかを明らかにするため、申請者はノイズフリーかつ多階層の大規模神経活動記録が可能な「マルチオプトタグ多細胞同時記録法」を開発・改良した。本法では、味蕾に光駆動型イオンチャネルChR2を発現させたCalhm1-ChR2マウスを使用する。このマウスの脳に128ch電極を刺入して神経細胞活動を記録しながら舌へレーザー照射を行うと、味蕾と繋がっている脳神経細胞、すなわち味覚ニューロンを触覚ノイズと切り分けて高精度に同定することが可能であることを味覚伝導路の脳の入口に位置する孤束核にて示し、これを味覚伝導路核に拡張適用した。具体的には3つの味覚伝導路核と大脳皮質から大規模記録を行った。その結果、おおむね味覚伝導路を進むにつれエントロピーが増大するという味覚情報の統合様式を見出したが、多くの脳領域と結合を有するハブ領域であるPbNでは急激にエントロピーが増大するという結果を得た。今後はPbNを起点とする味覚伝導路の副側路の情報処理を加味して味覚情報処理の全容解明に挑む。
Strategy for Future Research Activity	昨年度の結果から、多くの脳領域と結合を有するハブ領域であるPbNが他の味覚伝導路核との情報処理様式から逸脱した結果を得た。こ理由を明らかにするため、本年度は、「マルチオプトタグ多細胞同時記録法」に脳内の光遺伝学タグ法を組み合わせることで、味覚伝導路核の細胞の投射先別の味覚情報処理の機能的差異を解明する。ChR2を発現するためのウイルスベクター、投射先にレーザー照射するための装置やファイバー、多点電極を購入予定である。これにより、一つの味覚伝導路からも異なる脳領域へ送る情報を同定することで、味覚情報処理の貫階層的計算処理様式を明らかにする。また、進捗の遅れていたASAP4e-Kv発現マウス系統の開発が実現できたことから、今年度はマウスの舌・味蕾からvoltage imagingを行うシステム開発と実際の記録を行う予定である。