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2017 年度 実施状況報告書

海馬場所細胞の可塑性と樹状突起活動の因果関係の解析

研究課題

研究課題/領域番号 16K13115
研究機関同志社大学

研究代表者

高橋 晋  同志社大学, 脳科学研究科, 教授 (20510960)

研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2019-03-31
キーワード場所細胞
研究実績の概要

本研究は、ラットが新規な場所情報を獲得する過程で起こる海馬CA1野内の場所細胞の活動に着目し、その可塑的変化に関与する樹状突起逆伝播スパイクの役割について解明することを目指す挑戦的な試みである。それは、独自の電気生理学的記録法とデータ解析法に、光遺伝学を活用した神経刺激法を組み合わせることで、視覚野ニューロンの臨界期に関するヘンシュ貴雄博士(ハーバード大学)の仮説 (Hensch, Nature Reviews Neuroscience, 2005)を実証することでもある。同時に本研究は、多様な情報に対応し柔軟に活動するニューロンの実態を実験的に明らかにすることで、既存の情報科学的モデルに新たな神経科学的知見を提供することも目指す。
本年度は、マルチニューロン活動記録法、光刺激法、及びデータ解析法を統合し、実際にラットが未経験な場所を認知している際のマルチニューロン活動を記録し解析を進めた。具体的には、ラットが未経験の実験ボックス内で餌を求めて行動している際、マルチニューロン活動を記録し続け、パルス波、チャープパターン、ランダムノイズパターンの3種類の光刺激をChR2を発現させたパルバルブミン陽性細胞へ特異的に与えることで、樹状突起逆伝播スパイクの反応と神経細胞活動の関係性を解析した。また、相互相関解析法を用いて、細胞体から樹状突起へ逆伝播するスパイクを検出し、単一ニューロンの細胞体と樹状突起のペアの検出を試みた。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

本年度は、ラットが未経験の実験ボックス内で餌を求めて行動している際、マルチニューロン活動を記録し続ける実験を着実に遂行することができ、記録したマルチニューロン活動を個々のニューロン活動に選別するなどの試みを実施することができた。また、パルバルブミン陽性細胞への光刺激を様々なパラメータで実施することができた。このように本研究が計画通りに進展したため、おおむね順調に進展していると判断した。

今後の研究の推進方策

ラットが未経験の環境を認知する際には、場所細胞が持つ場所情報が数分で可塑的に変化することが知られている(Wilson & McNaughton, Science, 1993)。その可塑的変化の過程と樹状突起逆伝播スパイクの伝播確率との関係について、場所情報量を中心として解析する。また同時に、樹状突起逆伝播スパイクを抑制し制御していることが示唆されている介在細胞のパルバルブミン陽性細胞の活動を神経刺激により制御することで、可塑性と樹状突起逆伝播スパイクの因果関係を解析する。

次年度使用額が生じた理由

本研究の目的である「海馬場所細胞の可塑性と樹状突起活動の因果関係の解析」を達成するためには、光遺伝学とマルチニューロン活動記録法を組み合わせ、樹状突起活動を選択的に制御する必要がある。その追加実験を実施するため、次年度使用額が生じた。
次年度使用額は、光遺伝学とマルチニューロン活動記録法を組み合わせ、樹状突起活動を選択的に制御する追加実験を実施するために使用する。また、その成果を学会で発表し、論文として報告する。

  • 研究成果

    (8件)

すべて 2018 2017

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 2件) 学会発表 (3件) (うち国際学会 1件、 招待講演 1件) 産業財産権 (1件)

  • [雑誌論文] Hippocampal-prefrontal theta phase synchrony in planning of multi-step actions based on memory retrieval2017

    • 著者名/発表者名
      Ishino Seiya、Takahashi Susumu、Ogawa Masaaki、Sakurai Yoshio
    • 雑誌名

      European Journal of Neuroscience

      巻: 45 ページ: 1313~1324

    • DOI

      10.1111/ejn.13547

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Substance P effects exclusively on prototypic neurons in mouse globus pallidus2017

    • 著者名/発表者名
      Mizutani Kazuko、Takahashi Susumu、Okamoto Shinichiro、Karube Fuyuki、Fujiyama Fumino
    • 雑誌名

      Brain structure and function

      巻: 222 ページ: 4089~4110

    • DOI

      10.1007/s00429-017-1453-8

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 場所記憶の想起によるナビゲーション2017

    • 著者名/発表者名
      髙橋晋,増田明,井出薫
    • 雑誌名

      生物の科学 遺伝

      巻: 71 ページ: 539-544

  • [雑誌論文] 脳内ナビゲーション・システム―海馬の場所細胞―2017

    • 著者名/発表者名
      髙橋晋, 井出薫
    • 雑誌名

      日本ロボット学会誌

      巻: 35 ページ: 43-47

  • [学会発表] 再構成可能迷路の開発2018

    • 著者名/発表者名
      星野諭、井出薫、高橋晋
    • 学会等名
      第95回日本生理学会大会
  • [学会発表] Memory of places in rats2017

    • 著者名/発表者名
      Takahashi, S.
    • 学会等名
      IEEE ICMA 2017 Conference, Tutorial Workshops on Systems Science of Bio-navigation
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Place sequence recognition and processing in the hippocampal place cell activity2017

    • 著者名/発表者名
      Takahashi, S.
    • 学会等名
      第40回日本神経科学大会(幕張)
  • [産業財産権] 小動物実験用迷路組立キット2017

    • 発明者名
      髙橋晋
    • 権利者名
      髙橋晋
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      特願2017-252076

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公開日: 2018-12-17  

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