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学習に依存した脳内シグナルフローの変化を生み出すスクラップ&ビルド機構

公募研究

研究領域スクラップ&ビルドによる脳機能の動的制御
研究課題/領域番号 17H05744
研究種目

新学術領域研究(研究領域提案型)

配分区分補助金
審査区分 生物系
研究機関名古屋大学

研究代表者

山下 貴之  名古屋大学, 環境医学研究所, 准教授 (40466321)

研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2019-03-31
研究課題ステータス 完了 (2018年度)
配分額 *注記
11,050千円 (直接経費: 8,500千円、間接経費: 2,550千円)
2018年度: 5,590千円 (直接経費: 4,300千円、間接経費: 1,290千円)
2017年度: 5,460千円 (直接経費: 4,200千円、間接経費: 1,260千円)
キーワード大脳皮質 / 体性感覚野 / in vivo / マウス / 洞毛 / 学習 / 神経回路 / 報酬 / 連合学習 / パッチクランプ / 投射細胞 / 脳・神経 / 神経科学 / 生理学 / シナプス
研究実績の概要

本研究は、連合学習の成立前後において、大脳皮質一次感覚野から他の大脳皮質領域に送出されるシグナルが変化するメカニズムを細胞・シナプス・ネットワークレベルでの解明を目指すものである。これまでに、私たちの研究により、洞毛刺激と水報酬を連合させる課題をマウスに学習させると、大脳皮質一次体性感覚野(S1)から同側の二次体性感覚野(S2)へ投射する細胞に学習依存的に感覚刺激後の遅い脱分極が発現することが明らかとなった(Yamashita & Petersen, 2016)。一方で、S1から一次運動野洞毛領域(wM1)へと投射する細胞においては、学習により、感覚刺激後の遅い脱分極が消失する。
本研究では、上記現象のメカニズムを調べるため、連合学習課題を十分に習得したマウス個体と習得前の個体からそれぞれ脳スライス標本を作成し、S1からの情報送出を担う投射細胞を含むS1神経細胞に入力するシナプスの特性を網羅的に測定・比較して、学習により変化する重要入力経路を洗い出すことを目的として、実験系の構築を行って、データ収集段階に入った。
また、上記過程において、課題学習後のマウスに特徴的な洞毛運動が生じることを予期せず発見したため、課題学習前後の洞毛運動を詳しく解析したところ、報酬予期と報酬獲得に伴い洞毛が前方向に動く(protractionする)こと、報酬獲得後に洞毛が前後運動(whisking)することを明らかにした。さらに、洞毛感覚とは無関係の課題である聴覚Go/No-Go課題の学習前後にも同様のどう毛運動が観察されたことや、中脳ドーパミン神経の特異的刺激により洞毛のprotractionやwhiskingが誘発されたことから、洞毛運動が報酬に関連したマウスの表情の一部であることが明らかとなった。

現在までの達成度 (段落)

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2018 実績報告書
  • 2017 実績報告書

研究成果

(25件)

すべて 2019 2018 2017 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (4件) (うち国際共著 2件、 査読あり 4件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (19件) (うち国際学会 5件、 招待講演 12件)

  • [国際共同研究] スイス連邦工科大学ローザンヌ校(スイス)

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [国際共同研究] ジョージア工科大学/エモリー大学(米国)

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [雑誌論文] Large Timescale Interrogation of Neuronal Function by Fiberless Optogenetics Using Lanthanide Micro-particles2019

    • 著者名/発表者名
      Toh Miyazaki, Srikanta Chowdhury, Takayuki Yamashita, Takanori Matsubara, Hiromu Yawo, Hideya Yuasa and Akihiro Yamanaka
    • 雑誌名

      Cell Reports

      巻: 26 号: 4 ページ: 1033-1043

    • DOI

      10.1016/j.celrep.2019.01.001

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Diverse Long-Range Axonal Projections of Excitatory Layer 2/3 Neurons in Mouse Barrel Cortex2018

    • 著者名/発表者名
      Yamashita Takayuki、Vavladeli Angeliki、Pala Aurelie、Galan Katia、Crochet Sylvain、Petersen Sara S. A.、Petersen Carl C. H.
    • 雑誌名

      Frontiers in Neuroanatomy

      巻: 12 ページ: 33-33

    • DOI

      10.3389/fnana.2018.00033

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Lateral hypothalamic circuits for sleep-wake control.2017

    • 著者名/発表者名
      Yamashita T, *Yamanaka A.
    • 雑誌名

      Current Opinion in Neurobiology

      巻: 44 ページ: 94-100

    • DOI

      10.1016/j.conb.2017.03.020

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Sensation during active behaviors2017

    • 著者名/発表者名
      Laura Busse、Jessica A. Cardin、M. Eugenia Chiappe 、Michael M. Halassa、Matthew J. McGinley、Takayuki Yamashita、Aman B. Saleem
    • 雑誌名

      The Journal of Neuroscience

      巻: 37 号: 45 ページ: 10826-10834

    • DOI

      10.1523/jneurosci.1828-17.2017

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] 神経回路機能の遠隔操作法の現在と未来2019

    • 著者名/発表者名
      山下貴之
    • 学会等名
      第2回 これからの神経回路研究の会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Remote control of neuronal function using X-ray2019

    • 著者名/発表者名
      Takanori Matsubara, Shin-ichiro Horigane, Shuhei Ueda, Sayaka Takemoto-Kimura, Noriaki Kawaguchi, Takayuki Yanagida, Akihiro Yamanaka, Takayuki Yamashita
    • 学会等名
      9th FAOPS congress
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 脳神経機能の計測・操作法の現在と未来2019

    • 著者名/発表者名
      山下貴之
    • 学会等名
      秋田大学大学院生理学セミナー
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Remote control of neuronal function using inorganic phosphor absorbing electromagnetic waves2018

    • 著者名/発表者名
      Takayuki Yamashita
    • 学会等名
      CSH-Asia Conference: Latest Advances in Development & Function of Neuronal Circuits
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Remote control of neuronal function using X-ray-induced scintillation2018

    • 著者名/発表者名
      Takayuki Yamashita
    • 学会等名
      Japan-UK Neuroscience Symposium 2019
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] ヒゲにまつわるエトセトラ: マウス洞毛の感覚と運動から探る脳機能2018

    • 著者名/発表者名
      山下貴之
    • 学会等名
      大阪大学蛋白質研究所高次脳機能学セミナー
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Remote control of deep brain function using scintillation2018

    • 著者名/発表者名
      Takayuki Yamashita
    • 学会等名
      遺伝研研究会「哺乳類脳の機能的神経回路の構築メカニズム」
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Projection-specific signaling in mouse sensorimotor cortex during active behaviors2018

    • 著者名/発表者名
      Takayuki Yamashita
    • 学会等名
      第41回日本神経科学大会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] X線を用いた新規光遺伝学の開発2018

    • 著者名/発表者名
      松原崇紀、堀金慎一郎、上田修平、竹本-木村さやか、河口範明、柳田健之、山中章弘、山下貴之
    • 学会等名
      次世代脳:冬のシンポジウム2018
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] マウス洞毛の感覚と運動から脳機能を探る2018

    • 著者名/発表者名
      山下 貴之
    • 学会等名
      第1 回 これからの神経回路研究の会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Anatomy and physiology of layer 2/3 projection neurons in mouse barrel cortex2018

    • 著者名/発表者名
      山下 貴之
    • 学会等名
      第95回日本生理学会大会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] Whisker movement as a possible index of internal states of mice2018

    • 著者名/発表者名
      水谷 晃大、山中 章弘、山下 貴之
    • 学会等名
      第95回日本生理学会大会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 脳内情報の流れを支配する長距離投射ニューロンの機能2017

    • 著者名/発表者名
      山下 貴之
    • 学会等名
      第二回・名古屋大学医薬系3部局交流シンポジウム/名古屋大学環境医学研究所・群馬大学生体調節研究所合同シンポジウム
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Projection-specific sensorimotor signaling in mouse cortex2017

    • 著者名/発表者名
      Takayuki Yamashita
    • 学会等名
      EPFL Synapse and Circuit Seminar
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Whisking-related activity of cortico-cortical projection neurons in layer 5 of mouse barrel cortex2017

    • 著者名/発表者名
      松原 崇紀、山中 章弘、山下 貴之
    • 学会等名
      第40回日本神経科学大会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 連合学習課題の習得に伴うマウス大脳皮質一次感覚野の変化2017

    • 著者名/発表者名
      山下 貴之
    • 学会等名
      平成29年度生理学研究所研究会「記憶・学習の統合的理解に向けたアプローチ」
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 電磁波を利用した新しい光操作法の実現可能性2017

    • 著者名/発表者名
      山下 貴之
    • 学会等名
      日本光学会年次学術講演会Optics & Photonics Japan 2017
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Projection-specific signals of somatosensation in mouse barrel cortex during active behavior2017

    • 著者名/発表者名
      Takayuki Yamashita
    • 学会等名
      Society for Neuroscience 2017
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 投射ニューロンに着目した大脳皮質神経回路研究の最前線2017

    • 著者名/発表者名
      山下 貴之
    • 学会等名
      次世代脳プロジェクト冬のシンポジウム
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 招待講演

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公開日: 2017-04-28   更新日: 2022-02-28  

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