単離培養脳を用いた報酬記憶形成の全脳イメージング

2018 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 15K14331
• 研究種目: 挑戦的萌芽研究
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 神経生理学・神経科学一般
• 研究機関: 公益財団法人東京都医学総合研究所
• 研究代表者: 鈴木 惠雅 公益財団法人東京都医学総合研究所, 認知症・高次脳機能研究分野, 研究員 (70723675)
• 研究協力者: 上野 耕平
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2019-03-31
• キーワード: ショウジョウバエ / カルシウムイメージング / 単離培養脳 / 報酬学習 / 吻伸展ニューロン / バーチャル報酬記憶の形成

研究成果の概要

ショウジョウバエの単離脳に対し、匂い中枢への電気刺激（匂い刺激）と、チャネルロドプシンを発現した甘味中枢への光刺激（甘味刺激）を同時に行うと、報酬学習後の匂い刺激に対して吻伸展ニューロンの応答が上昇し、単離脳で報酬記憶が形成されるシステムを考案した。また、この単離脳には空腹や満腹情報も保存されていた。空腹や満腹は甘味に対する学習・記憶に影響を与える。そこで、空腹・満腹脳に対し報酬学習が可能か否かを検討した結果、空腹脳でのみ報酬学習が成立し、単離脳が真に報酬記憶を形成し得たことを証明することができた。

自由記述の分野

神経科学

研究成果の学術的意義や社会的意義

コンパクトで光透過性が高いショウジョウバエの脳は、全脳イメージング解析が可能である。薬理操作が容易な同一の脳標本で、報酬記憶の形成過程を全脳レベルで連続可視化解析を可能にした当研究は、ショウジョウバエの多大な遺伝学的データを活用することで、学習記憶ネットワークの動作原理を解明する為の技術基盤の確立に一役買う点で意義が大きい。また約1000億のヒトの脳の神経細胞と比較し約10万のショウジョウバエはこのコンパクトな脳で多様な学習を達成している。当該研究で構築した報酬記憶形成モデルをプロトタイプとして、限られた素子で多様な学習を可能とする人工知能の解析に向けても手がかりの一つになり得ると期待出来る。