運動学習における長期記憶機構の研究

• 研究領域: 多様性から明らかにする記憶ダイナミズムの共通原理
• 研究課題/領域番号: 26115504
• 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: 埼玉大学
• 研究代表者: 中井 淳一 埼玉大学, 理工学研究科, 教授 (80237198)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2016-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2015年度)
• 配分額: 9,360千円 (直接経費: 7,200千円、間接経費: 2,160千円); 2015年度: 4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円); 2014年度: 4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)
• キーワード: 運動学習 / カルシウム / 記憶 / 定着 / 長期記憶 / G-CaMP / ゼブラフィッシュ

研究実績の概要

記憶の定着がどのように起こるのか、また、良く知られた記憶の中枢である海馬と運動学習における中枢である小脳で、記憶の定着のメカニズムの違いや共通点は何かなど、記憶の定着についてはまだよく分かっていないことが多い。運動学習の短期記憶について、小脳における運動学習では記憶が小脳皮質でおこると考えられている。しかし、記憶の定着がどのように起こるのか、そのメカニズムはまだよくわかっていない。本研究では、運動学習に関する短期記憶のメカニズムの解明を行う。
小脳学習の定着のメカニズムが解明される。記憶の理解が進むことにより、短期記憶と長期記憶の分子機構の違いが明らかになる。また、この成果は海馬などの記憶の定着のメカニズムとの相同性や、違いを知ることにつながり、脳における長期記憶の全体像の理解が深まる。老化で記憶力が落ちるメカニズムの解明やその対処法、記憶に関するヒトの疾患の原因解明、脳卒中後のリハビリの効率化や、スポーツ強化にもつながる可能性がある。
ゼブラフィッシュを用いて、optokinetic response（OKR） 用視覚刺激装置を作成し、サッケードの角度、速度を解析した。この装置を用いて、OKRの学習を行わせ、学習後のサッカードの角度、速度を解析した。エンハンサートラップラインを用いてG-CaMPを小脳顆粒細胞、下オリーブ核、Eurydendroid cellに発現させ、その際の小脳の顆粒細胞、下オリーブ核の細胞活動をG-CaMPを用いたカルシウムイメージングを用いて解析を行った。今後はプルキンエ細胞にG-CaMPを発現するトランスジェニックラインを用いたカルシウムイメージングによりさらに解析を行っていく必要がある。

現在までの達成度 (段落)

27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

27年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Calcium imaging reveals glial involvement in transcranial direct current stimulation-induced plasticity in mouse brain (2016)
  • 著者名/発表者名: H Monai, M Ohkura, M Tanaka, Y Oe, A Konno, H Hirai, K Mikoshiba, S Itohara, J Nakai, Y Iwai & H Hirase
  • 雑誌名: Nature communications 巻: 7 号: 1 ページ: 11100-11100
  • DOI: 10.1038/ncomms11100
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] JSAP1/JIP3 and JLP regulate kinesin-1-dependent axonal transport to prevent neuronal degeneration. (2015)
  • 著者名/発表者名: Sato T, Ishikawa M, Mochizuki M, Ohta M, Ohkura M, Nakai J, Takamatsu N, Yoshioka K
  • 雑誌名: Cell Death Differ 巻: - 号: 8 ページ: 1260-1274
  • DOI: 10.1038/cdd.2014.207
  • 査読あり
• [雑誌論文] A top-down cortical circuit for accurate sensory perception (2015)
  • 著者名/発表者名: Manita S, Suzuki T, Homma C, Matsumoto T, Odagawa M, Yamada K, Ota K, Matsubara C, Inutsuka A, Sato M, Ohkura M, Yamanaka A, Yanagawa Y, Nakai J, Hayashi Y, Larkum ME, Murayama M
  • 雑誌名: Neuron 巻: 86(5) 号: 5 ページ: 1304-16
  • DOI: 10.1016/j.neuron.2015.05.006
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Generation and imaging of transgenic mice that express G-CaMP7 under a tetracycline response element (2015)
  • 著者名/発表者名: Masaaki Sato, Masako Kawano, Masamichi Ohkura, Keiko Gengyo-Ando, Junichi Nakai and Yasunori Hayashi
  • 雑誌名: PLoS ONE 巻: 未定 号: 5 ページ: 1-13
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0125354
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Comparison of genetically encoded calcium indicators for monitoring action potentials in mammalian brain by two-photon excitation fluorescence microscopy. (2015)
  • 著者名/発表者名: Podor B, Hu Y, Ohkura M, Nakai J, Croll R, Fine A
  • 雑誌名: Neurophotonics 巻: 2(2):021014 号: 2 ページ: 1-7
  • DOI: 10.1117/1.nph.2.2.021014
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] RING finger protein 121 facilitates the degradation and membrane localization of voltage-gated sodium channels (2015)
  • 著者名/発表者名: Ogino, K., Low, S.E., Yamada, K., Saint-Amant, L., Zhou, W., Muto, A., Asakawa, K., Nakai, J., Kawakami, K., Kuwada, J.Y., and Hirata, H.
  • 雑誌名: Proc. Natl. Acad. Sci. USA 巻: 112 号: 9 ページ: 2859-2864
  • DOI: 10.1073/pnas.1414002112
  • 査読あり
• [雑誌論文] Rational design of a high-affinity, fast, red calcium indicator R-CaMP2 (2015)
  • 著者名/発表者名: Inoue M, Takeuchi A, Horigane S, Ohkura M, Gengyo-Ando K, Fujii H, Kamijo S, Takemoto-Kimura S, Kano M, Nakai J, Kitamura K, Bito H
  • 雑誌名: Nat Methods 巻: 12 号: 1 ページ: 64
  • DOI: 10.1038/nmeth.3185
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Mitochondrial Ca2+ uptake by the voltage-dependent anion channel 2 regulates cardiac rhythmicity. (2014)
  • 著者名/発表者名: Shimizu H, Schredelseker J, Huang J, Lu K, Naghdi S, Lu F, Franklin S, Fiji HD, Wang K, Zhu H, Tian C, Lin B, Nakano H, Ehrlich A, Nakai J, Stieg AZ, Gimzewski JK, Nakano A, Goldhaber JI, Vondriska TM, Hajnoczky G, Kwon O, Chen JN.
  • 雑誌名: Elife 巻: 4 ページ: 1-20
  • DOI: 10.7554/elife.04801
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Reward-timing-dependent bidirectional modulation of cortical microcircuits during optical single-neuron operant conditioning. (2014)
  • 著者名/発表者名: Hira R et al.
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 5 号: 1 ページ: 5551-5551
  • DOI: 10.1038/ncomms6551
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Excitation propagation in three-dimensional engineered hearts using decellularized extracellular matrix. (2014)
  • 著者名/発表者名: Yasui H, Lee JK, Yoshida A, Yokoyama T, Nakanishi H, Miwa K, Naito AT, Oka T, Akazawa H, Nakai J, Miyagawa S, Sawa Y, Sakata Y, Komuro I
  • 雑誌名: Biomaterials 巻: 35 号: 27 ページ: 7839-7850
  • DOI: 10.1016/j.biomaterials.2014.05.080
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Toll-like receptor 9 protects non-immune cells from stress by modulating mitochondrial ATP synthesis through the inhibition of SERCA2. (2014)
  • 著者名/発表者名: Shintani Y, Drexler HC, Kioka H, Terracciano CM, Coppen SR, Imamura H, Akao M, Nakai J, Wheeler AP, Higo S, Nakayama H, Takashima S, Yashiro K, Suzuki K.
  • 雑誌名: EMBO Reports 巻: 15 号: 4 ページ: 438-445
  • DOI: 10.1002/embr.201337945
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Large-scale imaging of subcellular calcium dynamics of cortical neurons with G-CaMP6-actin (2014)
  • 著者名/発表者名: 小林千晃, 他
  • 雑誌名: Neuroreport 巻: 25(7) 号: 7 ページ: 501-506
  • DOI: 10.1097/wnr.0000000000000126
  • 査読あり
• [学会発表] 意識下活動動物からの特定神経活動記録法の開発 (2016)
  • 著者名/発表者名: 山下哲, 犬束歩, Srikanta Chowdhury, 中井淳一, 大倉正道, 田口徹, 桑木共之, 山中章弘
  • 学会等名: 第93回日本生理学会大会
  • 発表場所: 札幌コンベンションセンター（北海道札幌市）
  • 年月日: 2016-03-22
• [学会発表] 光刺激・計測によるマウス大脳皮質層間信号統合のin vivo解析 (2016)
  • 著者名/発表者名: 小泉協, 佐藤正晃, 大倉正道, 中井淳一, 林康紀, 八尾寛
  • 学会等名: 第93回日本生理学会大会
  • 発表場所: 札幌コンベンションセンター（北海道札幌市）
  • 年月日: 2016-03-22
• [学会発表] ２光子イメージング法での神経発火活動の検出に適した蛍光カルシウムプローブ蛋白質の比較検討 (2016)
  • 著者名/発表者名: 大倉正道, Borbala Podor, Yi-ling Hu, Roger Croll, Alan Fine, 中井淳一
  • 学会等名: 第89回日本薬理学会年会
  • 発表場所: パシフィコ横浜（神奈川県横浜市）
  • 年月日: 2016-03-09
  • 国際学会
• [学会発表] G-CaMP7発現マウス大脳皮質脳細胞活動の細胞-領野スケール長期イメージング実験解析法 (2015)
  • 著者名/発表者名: 茂木優貴, 安藤恵子, 沖篤志, 岩井陽一, 毛内拡, 平瀬肇, 大倉正道, 中井淳一
  • 学会等名: 第38回日本分子生物学会年会
  • 発表場所: 神戸国際会議場（兵庫県神戸市）
  • 年月日: 2015-12-01
  • 国際学会
• [学会発表] Real-time visualization of neuronal activity in zebrafish and C. elegans. (2015)
  • 著者名/発表者名: Nakai J, Ohkura M, Kagawa-Nagamura Y, Muto A, Inoue M, Bito H, Kawakami K, Gengyo-Ando K
  • 学会等名: 第38回日本神経科学大会シンポジウム
  • 発表場所: 神戸国際会議場（兵庫県神戸市）
  • 年月日: 2015-07-28
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] A new transgenic mouse model revealed a role of astrocytic calcium in vivo (2015)
  • 著者名/発表者名: Tanaka M, Shih P-Y, Gomi H, Yoshida T, Nakai J, Ando R, Furuichi T, Mikoshiba K, Samyanov A, Itohara S.
  • 学会等名: 第88回日本薬理学会年会
  • 発表場所: 名古屋国際会議場
  • 年月日: 2015-03-18 – 2015-03-20
• [学会発表] Rational design of a high-affinity, fast, red calcium indicator R-CaMP2. (2015)
  • 著者名/発表者名: 井上昌俊、竹内敦也、堀金慎一郎、大倉正道、安藤恵子、藤井哉、上條諭志、竹本―木村さやか、狩野方伸、中井淳一、喜多村和郎、尾藤晴彦
  • 学会等名: 第88回日本薬理学会年会
  • 発表場所: 名古屋国際会議場
  • 年月日: 2015-03-18 – 2015-03-20
• [学会発表] 個体(線虫) レベルでの超多並列刺激応答モニターシステム (2014)
  • 著者名/発表者名: 藤泰一、高橋尚也、安藤恵子、大倉正道、中井淳一、西垣功一
  • 学会等名: 第３７回日本分子生物学会年会
  • 発表場所: パシフィコ横浜
  • 年月日: 2014-11-25 – 2014-11-27
• [学会発表] 低分子量GTPase RAB-11の新規結合因子REI-1/REI-2は受精後のRAB-11再局在化を制御する (2014)
  • 著者名/発表者名: 坂口愛沙、佐藤美由紀、安藤恵子、佐藤克哉、中井淳一、佐藤健
  • 学会等名: 第３７回日本分子生物学会年会
  • 発表場所: パシフィコ横浜
  • 年月日: 2014-11-25 – 2014-11-27
• [学会発表] Imaging Deep-Layer Neuronal Activity in Mouse Barrel Cortex using 1040-nm Excitation of a Red Fluorescent Protein Calcium Indicator (2014)
  • 著者名/発表者名: Carta S, Liu W, Sych Y, Voigt FF, Chen JL, Schneider B, Ohkura M, Nakai J, Helmchen F
  • 学会等名: Neuroscience 2014
  • 発表場所: Washington, DC USA
  • 年月日: 2014-11-15 – 2014-11-19
• [学会発表] A comparative study of the two-photon performances of GCaMPs and GECOs (2014)
  • 著者名/発表者名: Podor B, Zhao Y, Wu J, Hu Y-L, Ohkura M, Nakai J, Campbell R, Croll R, Fine A
  • 学会等名: Neuroscience 2014
  • 発表場所: Washington, DC USA
  • 年月日: 2014-11-15 – 2014-11-19
• [学会発表] Neuronal mechanisms of decision making in C. elegans olfactory behavior revealed by a highly integrated microscope system. (2014)
  • 著者名/発表者名: Tanimoto Y, Yamazoe A, Fujita K, Kawazoe Y, Miyanishi Y, Yamazaki SJ, Gengyo-Ando K, Nakai J, Fei X, Iwasaki Y, Hashimoto K, Kimura K
  • 学会等名: 第34回日本神経科学会大会
  • 発表場所: パシフィコ横浜
  • 年月日: 2014-11-09 – 2014-11-13
• [学会発表] Single-neuron operant conditioning by two-photon imaging induces reward-timing-dependent modulation in cortical microcircuit. (2014)
  • 著者名/発表者名: Hira R, Ohkubo F, Mazamizu Y, Ohkura M, Nakai J, Okada T, Matsuzaki M
  • 学会等名: 第34回日本神経科学会大会
  • 発表場所: パシフィコ横浜
  • 年月日: 2014-11-09 – 2014-11-13
• [学会発表] The top-down circuit for sensory perception in the cerebral cortex of the mouse. (2014)
  • 著者名/発表者名: Manita S, Suzuki T, Homma C, Matsumoto T, Odagawa M, Yamada K, Ota K, Matsubara C, Inutsuka A, Sato M, Ohkura M, Yamanaka A, Yanagawa Y, Nakai J, Hayashi Y, Larkum ME, Murayama M
  • 学会等名: 第34回日本神経科学会大会
  • 発表場所: パシフィコ横浜
  • 年月日: 2014-11-09 – 2014-11-13
• [学会発表] Imaging of the neural circuit activities during retrieval of behavioral program for active avoidance in zebrafish. (2014)
  • 著者名/発表者名: Kakinuma H, Aoki R, Aoki T, Yamazaki M, Shiraki T, Takahoko M, Eizumi K, Koide T, Yoshihara Y, Nakai J, Kawakami K, Okamoto H
  • 学会等名: 第34回日本神経科学会大会
  • 発表場所: パシフィコ横浜
  • 年月日: 2014-11-09 – 2014-11-13
• [学会発表] Visualization of cerebral cortical calcium dynamics by a transgenic mouse that express G-CaMP7 in neurons and glia. (2014)
  • 著者名/発表者名: Monai H, Ohkura M, Tanaka M, Itohara S, Nakai J, Hirase H
  • 学会等名: 第34回日本神経科学会大会
  • 発表場所: パシフィコ横浜
  • 年月日: 2014-11-09 – 2014-11-13
• [学会発表] JSAP1 and JLP regulate kinesin-1-dependent axonal transport to prevent neuronal degeneration. (2014)
  • 著者名/発表者名: Sato T, Ohkura M, Nakai J, Takamatsu N, Yoshioka K
  • 学会等名: 第34回日本神経科学会大会
  • 発表場所: パシフィコ横浜
  • 年月日: 2014-11-09 – 2014-11-13
• [学会発表] 蛍光カルシウムプローブ G-CaMP による in vivo カルシウムイメージング (2014)
  • 著者名/発表者名: 中井淳一、大倉正道, 安藤恵子
  • 学会等名: 第５８回日本薬学会関東支部大会
  • 発表場所: 昭和大学
  • 年月日: 2014-10-04
• [学会発表] ホヤ幼生の遊泳運動神経回路の構造と生理機能の解析 (2014)
  • 著者名/発表者名: 堀江健生, 大倉正道, 日下部岳広, 中井淳一, 中川将司
  • 学会等名: 日本動物学会第85回大会
  • 発表場所: 東北大学
  • 年月日: 2014-09-11 – 2014-09-13
• [学会発表] 細胞触覚センサのための小型蛍光観察システムの開発 (2014)
  • 著者名/発表者名: 民山浩輔, 清水正宏, 宮坂恒太, 小椋利彦, 中井淳一, 大倉正道, 細田耕
  • 学会等名: 第32回日本ロボット学会学術講演会
  • 発表場所: 九州産業大学
  • 年月日: 2014-09-04 – 2014-09-06
• [図書] Optogenetic manipulation and probing. 『Optogenetics: light-sensing proteins and their applications』Part 2, Chapter 9 (2015)
  • 著者名/発表者名: Ohkura M, Sadakari J, Nakai J
  • 総ページ数: 409
  • 出版者: Springer
• [図書] Optical Imaging of Neocortical Dynamics, Neuromethods, vol. 85 (2014)
  • 著者名/発表者名: Takata N., Shinohara Y., Ohkura M., Mishima T., Nakai J. & Hirase H.
  • 総ページ数: 296
  • 出版者: Springer Science Business Media
• [備考] 埼玉大学脳末梢科学研究センター
  • URL: http://subsi.saitama-u.ac.jp/
• [産業財産権] カルシウム指示遺伝子 (2014)
  • 発明者名: 尾藤晴彦, 井上 昌俊, 竹内敦也, 中井淳一, 大倉 正道
  • 権利者名: 尾藤晴彦, 井上 昌俊, 竹内敦也, 中井淳一, 大倉 正道
  • 産業財産権種類: 特許
  • 出願年月日: 2014-06-11