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記憶とストレス応答の個体差を担う脳活動の大規模解析

公募研究

研究領域多様な「個性」を創発する脳システムの統合的理解
研究課題/領域番号 19H04897
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 複合領域
研究機関東京大学

研究代表者

佐々木 拓哉  東京大学, 大学院薬学系研究科(薬学部), 特任准教授 (70741031)

研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2021-03-31
研究課題ステータス 完了 (2020年度)
配分額 *注記
9,620千円 (直接経費: 7,400千円、間接経費: 2,220千円)
2020年度: 4,810千円 (直接経費: 3,700千円、間接経費: 1,110千円)
2019年度: 4,810千円 (直接経費: 3,700千円、間接経費: 1,110千円)
キーワード中枢末梢連環 / ストレス / 局所場電位 / 心電図 / 大脳皮質 / 個体差 / 脳波 / モノアミン
研究開始時の研究の概要

ラットへのストレス負荷として、より強いラットから一時的に攻撃を受けるような社会的敗北ストレスモデルを与える。同じストレス負荷を受けても、反応を強く生じる個体(感受性)とそうでない個体(抵抗性)に分かれる。脳領域では、記憶や認知にかかわる大脳新皮質と海馬の神経発火、神経修飾物質の変動、さらに心電図、筋電図、呼吸リズムを同時に記録する。この計測により、1つのラットにおいてストレス経験前後での、①不安様行動、うつ様行動成績、②ストレス環境に対応する神経活動とモノアミン動態、③ストレス経験(海馬細胞の活動)の再生、④末梢臓器の不調(徐脈や不整脈、呼吸リズム異常など)を明らかにする。

研究実績の概要

精神的ストレスへの応答は大きな個体差がある。特筆すべきは、ストレス感受性の動物個体はストレス負荷そのものは短期間でも、うつ症状など精神変調は継続することが多い。申請者は、この原因として、精神的ストレス記憶に対応した脳活動が、繰り返し再活性化する(残存する)ことに起因するという仮説「負の記憶の過剰再生による精神破綻」説を考えた。脳の記憶固定には、同じ神経活動の繰り返し再生が必要であり、本来生存にとって大切である。しかし、ストレス経験に対して過剰に働くと、精神疾患の一因にもなると考えられる。この説において、最も重要な脳領域は「腹側海馬」である。一般に海馬というと、脳表から比較的浅い背側海馬からの知見がほとんどであるが、背側海馬はストレス応答や情動にはほとんど関与しない。一方で、脳表から深い位置に存在する腹側海馬は、扁桃体や視床下部などと連絡し、記憶に加えて、情動やストレス応答を担う。また、構造や機能がヒトとも相同性が高い。しかし腹側海馬は、記録の難しさから知見が少なかった。本研究にて、我々は、腹側海馬の脳波計測に特化した電極ドライブを自在に作製し、腹側海馬から安定して記録ができるようになった。この実験条件にて、ストレスを負荷したマウスにおいて、腹側海馬の神経活動を解析したところ、ストレス時に活性化した神経細胞は、ストレス負荷後も反復して同期活動を生じていることを見出した。また実際に、こうした腹側海馬のストレス誘発性神経活動を選択的に消失させると、うつ様症状が一部改善することを見出した。以上の結果から、精神的ストレス記憶(動物にとっての負の情動記憶)は、腹側海馬において過活動という形でバイアスが掛かって過剰に再生されており、これが精神疾患の一因になることが示唆された。

現在までの達成度 (段落)

令和2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

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2020 実績報告書
  • 2019 実績報告書
  • 研究成果

    (11件)

すべて 2021 2020 2019

すべて 雑誌論文 (8件) (うち査読あり 8件、 オープンアクセス 8件) 学会発表 (3件) (うち国際学会 1件、 招待講演 3件)

  • [雑誌論文] Minute-encoding neurons in hippocampal-striatal circuits2021

    • 著者名/発表者名
      Shikano Yu、Ikegaya Yuji、Sasaki Takuya
    • 雑誌名

      Current Biology

      巻: 21 号: 7 ページ: 1438-1449.e6

    • DOI

      10.1016/j.cub.2021.01.032

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Prioritized experience replays on a hippocampal predictive map for learning2021

    • 著者名/発表者名
      Hideyoshi Igata, Yuji Ikegaya , Takuya Sasaki
    • 雑誌名

      Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America

      巻: 118(1) 号: 1

    • DOI

      10.1073/pnas.2011266118

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Prefrontal synaptic activation during hippocampal memory reactivation2021

    • 著者名/発表者名
      Yuya Nishimura , Yuji Ikegaya , Takuya Sasaki
    • 雑誌名

      Cell Reports

      巻: 34(12) 号: 12 ページ: 108885-108885

    • DOI

      10.1016/j.celrep.2021.108885

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Acute Effects of Ethanol on Hippocampal Spatial Representation and Offline Reactivation2020

    • 著者名/発表者名
      Miyake Kosaku、Yagi Saichiro、Aoki Yuki、Shikano Yu、Ikegaya Yuji、Sasaki Takuya
    • 雑誌名

      Frontiers in Cellular Neuroscience

      巻: 14 ページ: 571175-571175

    • DOI

      10.3389/fncel.2020.571175

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Sniffing behaviour‐related changes in cardiac and cortical activity in rats2019

    • 著者名/発表者名
      Kuga Nahoko、Nakayama Ryota、Shikano Yu、Nishimura Yuya、Okonogi Toya、Ikegaya Yuji、Sasaki Takuya
    • 雑誌名

      The Journal of Physiology

      巻: 597 号: 21 ページ: 5295-5306

    • DOI

      10.1113/jp278500

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Social defeat stress causes selective attenuation of neuronal activity in the ventromedial prefrontal cortex2019

    • 著者名/発表者名
      Abe Reimi、Okada Sakura、Nakayama Ryota、Ikegaya Yuji、Sasaki Takuya
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 9 号: 1 ページ: 9447-9447

    • DOI

      10.1038/s41598-019-45833-5

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Cortical-wide functional correlations are associated with stress-induced cardiac dysfunctions in individual rats2019

    • 著者名/発表者名
      Nakayama Ryota、Ikegaya Yuji、Sasaki Takuya
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 9 号: 1 ページ: 10581-10581

    • DOI

      10.1038/s41598-019-47171-y

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] The Integration of Goal-Directed Signals onto Spatial Maps of Hippocampal Place Cells2019

    • 著者名/発表者名
      Aoki Yuki、Igata Hideyoshi、Ikegaya Yuji、Sasaki Takuya
    • 雑誌名

      Cell Reports

      巻: 27 号: 5 ページ: 1516-1527.e5

    • DOI

      10.1016/j.celrep.2019.04.002

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Large-scale recordings of brain and peripheral organ signals from freely moving rodents2020

    • 著者名/発表者名
      Takuya Sasaki
    • 学会等名
      9th Basic and Clinical Neuroscience Congress
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 迷走神経スパイク信号の直接計測と操作による多臓器相互作用の解析2020

    • 著者名/発表者名
      佐々木拓哉
    • 学会等名
      第93回日本薬理学会年会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 中枢末梢臓器の電気生理信号の同時計測による精神ストレス応答の解析2019

    • 著者名/発表者名
      佐々木拓哉
    • 学会等名
      第32回日本動物細胞工学会2019年度大会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演

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公開日: 2019-04-18   更新日: 2021-12-27  

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