感覚入力による記憶回路固定化機構の解明

• 研究課題/領域番号: 20K15910
• 研究種目: 若手研究
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 小区分46010:神経科学一般関連
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 湊原 圭一郎 東京大学, 大学院医学系研究科(医学部), 助教 (30740237)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2022-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2021年度)
• 配分額: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円); 2021年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円); 2020年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
• キーワード: 記憶・学習 / 感覚入力 / 神経ネットワーク / 認知機能 / 記憶痕跡回路 / DREADD / 恐怖条件付け / 認知症モデル

研究開始時の研究の概要

感覚入力を受けたときにマウス脳内で反応する神経細胞群の記憶保持機構における役割を明らかにするため、神経活動操作実験および記憶痕跡回路での神経活動イメージング解析を行う。恐怖条件付け学習などの記憶タスクにより、脳内で神経活動に応答した記憶痕跡回路が形成される。感覚刺激により大脳皮質で特異的に応答する神経細胞群を同定し、その細胞群が記憶痕跡回路形成に寄与するのかどうかを検証し、新規記憶形成メカニズムを提案する。

研究成果の概要

マウスの学習課題の一つである恐怖条件付けにより、新奇環境暴露刺激などの感覚刺激と足下への電気ショック刺激とかマウス脳内で連合され、感覚刺激に対する恐怖記憶を形成します。その結果、感覚刺激の提示だけでも恐怖記憶が想起されます。この記憶の形成のために脳内では神経ネットワーク変化により記憶痕跡回路が形成されます。本研究課題では広範囲の神経活動イメージングと神経活動操作実験により、記憶痕跡回路形成において重要な役割を果たす感覚受容神経細胞群を特定することに成功しました。

研究成果の学術的意義や社会的意義

種々の感覚刺激が脳内で統合され、記憶痕跡回路が脳内で形成されることで感覚刺激の提示に対する反応性が変化します。本研究では広域の神経活動イメージングを実施することにより、この感覚統合に重要な役割を果たす脳内の新規神経細胞群を特定することに成功しました。それにより感覚統合および記憶形成の新規メカニズムを提唱することが可能となりました。また認知症など認知機能が低下する場面での病態メカニズムに対する新たな視点を与える可能性を有しています。

研究成果

• [雑誌論文] Imaging neural circuit pathology of autism spectrum disorders: autism-associated genes, animal models and the application of <i>in vivo</i> two-photon imaging (2022)
  • 著者名/発表者名: Terashima Hiroshi、Minatohara Keiichiro、Maruoka Hisato、Okabe Shigeo
  • 雑誌名: Microscopy 巻: 71 号: Supplement_1 ページ: i81-i99
  • DOI: 10.1093/jmicro/dfab039
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Neurodegenerative processes accelerated by protein malnutrition and decelerated by essential amino acids in a tauopathy mouse model (2021)
  • 著者名/発表者名: Sato H、Takado Y、Toyoda S、Tsukamoto-Yasui M、Minatohara K、Takuwa H、Urushihata T、Takahashi M、Shimojo M、Ono M、Maeda J、Orihara A、Sahara N、Aoki I、Karakawa S、Isokawa M、Kawasaki N、Kawasaki M、Ueno S、Kanda M、Nishimura M、Suzuki K、Mitsui A、Nagao K、Kitamura A、Higuchi M
  • 雑誌名: Science Advances 巻: 7 号: 43 ページ: 1-11
  • DOI: 10.1126/sciadv.abd5046
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Selective Disruption of Inhibitory Synapses Leading to Neuronal Hyperexcitability at an Early Stage of Tau Pathogenesis in a Mouse Model. (2020)
  • 著者名/発表者名: Shimojo M, Takuwa H, Takado Y, Tokunaga M, Tsukamoto S, Minatohara K, Ono M, Seki C, Maeda J, Urushihata T, Minamihisamatsu T, Aoki I, Kawamura K, Zhang MR, Suhara T, Sahara N, Higuchi M.
  • 雑誌名: J Neurosci. 巻: 40 号: 17 ページ: 3491-3501
  • DOI: 10.1523/jneurosci.2880-19.2020
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] Fear memory recall facilitates spine formation in the activated neurons inducing the immediate- early gene Arc in the mouse hippocampus (2022)
  • 著者名/発表者名: Keiichiro Minatohara, Haruhiko Bito, Shigeo Okabe, Hiroyuki Okuno
  • 学会等名: 第127回日本解剖学会総会・全国学術集会
• [学会発表] Association of a neutral contextual memory with a fearful experience induces synapse formation selectively in Arc-expressing neurons of the mouse retrosplenial cortex (2021)
  • 著者名/発表者名: K. MINATOHARA, S. OHNAMI, S. OKABE, H. BITO, H. OKUNO
  • 学会等名: SfN Global Connectome
  • 国際学会