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2019 年度 実績報告書

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 – 2020-03-31
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、ニューロンの臨界期に関する仮説 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。
これまでに、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実証した。さらに、一定の刺激パターンに加えて、リアルタイムフィードバック刺激を実施した。具体的には、局所脳波上のシータ波、ベータ波、ガンマ波のピーク、トラフなどの位相に合わせて、パルバルブミン陽性細胞や錐体細胞の活動を制御する実験を実施した。最終年度には、独自に開発した自在に再構成可能な迷路を活用することで、様々な迷路上での動物の移動行動と、場所細胞活動における樹状突起逆伝播スパイクの役割の関係性を解析することができた。具体的には、ラットに遅延の交替反応課題を訓練し、記憶保持期間と樹状突起逆伝播スパイクの役割について解析することで、海馬における記憶想起との関連性について検証した。

  • 研究成果

    (11件)

すべて 2020 2019

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 4件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (7件) (うち国際学会 2件)

  • [雑誌論文] The Reconfigurable Maze Provides Flexible, Scalable, Reproducible, and Repeatable Tests2020

    • 著者名/発表者名
      Hoshino, S., Takahashi, R, Mieno, K., Tamatsu, Y., Azechi, H., Ide, K., Takahashi, S
    • 雑誌名

      iScience

      巻: 23 ページ: 1-10

    • DOI

      DOI:https://doi.org/10.1016/j.isci.2019.100787.

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Motor cortex can directly drive the globus pallidus neurons in a projection neuron type-dependent manner in the rat2019

    • 著者名/発表者名
      Karube, F., Takahashi, S., Kobayashi, K., Fujiyama, F.
    • 雑誌名

      eLife

      巻: 8:e49511 ページ: 1-25

    • DOI

      DOI: 10.7554/eLife.49511

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Enhanced theta and high-gamma coupling during late stage of rule switching task in rat hippocampus2019

    • 著者名/発表者名
      Nakazono, T., Takahashi, S., Sakurai, Y.
    • 雑誌名

      Neuroscience

      巻: 412 ページ: 216-232

    • DOI

      doi: 10.1016/j.neuroscience.2019.05.053.

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Reinforcement schedules differentially affect learning in neuronal operant conditioning in rats"2019

    • 著者名/発表者名
      Song, K., Takahashi, S., Sakurai, Y.,
    • 雑誌名

      Neuroscience Research

      巻: 153 ページ: 62-67

    • DOI

      doi: 10.1016/j.neures.2019.04.003.

    • 査読あり
  • [学会発表] 歩行する海鳥および遊泳するサケ科魚類の脳における空間ナビゲーションの神経相関2019

    • 著者名/発表者名
      井出 薫, 本部 拓未, 岡本 慎一郎, 松本 祥子, 依田 憲, 牧口 祐也, 髙橋 晋
    • 学会等名
      NEURO2019 (第42回日本神経科学大会、第62回日本神経化学会大会)
  • [学会発表] 再構成可能な迷路は記憶学習研究のための繰り返し精度の高い再現性を有するテストを提供する2019

    • 著者名/発表者名
      髙橋 晋, 星野 諭, 井出 薫
    • 学会等名
      NEURO2019 (第42回日本神経科学大会、第62回日本神経化学会大会)
  • [学会発表] マウス用に開発された再構成可能な迷路における移動軌跡の解析2019

    • 著者名/発表者名
      高橋 陸, 玉津 裕太, 井出 薫, 髙橋 晋
    • 学会等名
      NEURO2019 (第42回日本神経科学大会、第62回日本神経化学会大会)
  • [学会発表] 同一実験室内における様々な迷路上での場所細胞の神経活動2019

    • 著者名/発表者名
      三重野 華菜, 星野 諭, 井出 薫, 髙橋 晋
    • 学会等名
      第97回 日本生理学会大会
  • [学会発表] Patterned silencing of parvalbumin neurons in rodent visual cortex2019

    • 著者名/発表者名
      増田明、高橋晋
    • 学会等名
      APCV2019, Osaka
  • [学会発表] Cell-type specific cortical stimulations by red-shift light with lens optics2019

    • 著者名/発表者名
      増田明、高橋晋
    • 学会等名
      The Eye and Chip 2019, Michigan
    • 国際学会
  • [学会発表] Visual restoration based on optogenetic silencing of parvalbumin neurons in visual cortex2019

    • 著者名/発表者名
      増田明、高橋晋
    • 学会等名
      CiNet Conference: Brain-Machine Interface, Osaka
    • 国際学会

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公開日: 2021-01-27  

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