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2018 年度 実績報告書

行動設計時の海馬発火シークエンスの意義の解明

研究課題

研究課題/領域番号 17J10777
研究機関東京大学

研究代表者

井形 秀吉  東京大学, 薬学系研究科, 特別研究員(DC1)

研究期間 (年度) 2017-04-26 – 2020-03-31
キーワード海馬 / 場所細胞 / Replay / Sharp-wave ripple / マルチユニット記録 / 脳波 / Experience replay / 強化学習
研究実績の概要

将来の行動と相関する海馬神経細胞の発火シークエンスの意義の解明のために、昨年度に引き続き、主にi)状況依存的な経路設計課題の設定、および海馬からの神経活動の記録、ii)自由行動下における海馬シャープウェーブリップル(Sharp-wave ripple)および海馬発火シークエンスの意義の検討のための、フィードバックシステムの開発を行った。
i)について、平成29年度までに行動実験系を考案し、海馬CA1野からの神経活動の記録を行ったが、海馬発火シークエンスについてこれまで考えられてきたようなメカニズムではないことが予想される結果となった。そこで、情報科学の分野の視点も取り入れた仮説を検証するのに適した新たな動物行動実験系を考案した。改善した行動実験系において、ラット海馬CA1野から神経活動を記録し、100個以上の神経細胞の活動の同時記録に成功している。現在、統計モデリングの手法も駆使しつつ、データ解析を行っており、一部学会で発表している(Society for Neuroscience 2018, 次世代脳プロジェクト冬のシンポジウム2018、The 5th CiNet Conference)。
ii)について、本研究では、特徴的な海馬Sharp-wave rippleを伴う発火シークエンスの意義を解明するために、自由行動下でフィードバックできるシステムを構築した。システムを最適化し、これまでより低いレイテンシでデジタル信号処理を行い、フィードバックすることが可能となった。また、3Dプリンタ等で製作した電極セット(マイクロドライブ)の改良も行い、実験スループットの向上に努めている。現在、ニューロフィードバック実験を行っている。

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

新たな行動実験系を考案し、マルチユニット記録法を用いて海馬の神経活動の大規模記録に成功している。データ解析を一部行い、記録した神経細胞から動物の行動を十分デコードできること、また考案した行動課題が研究に適切であることを確認している。マルチユニット記録法と神経活動依存的なフィードバック手法を実現するシステムも構築し、現在動物実験を行っている。

今後の研究の推進方策

これまでに記録した神経活動データの解析を行う。動物の行動と多数の神経細胞の活動を組み合わせて解析する必要があり、可視化の方法を工夫し、あらゆる視点から解析データについて考察を行う。ニューロフィードバックの実験結果と合わせて、海馬発火シークエンスの意義を生物学的視点、情報科学的視点の両方から解明を目指す。

  • 研究成果

    (8件)

すべて 2019 2018

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (6件) (うち国際学会 5件)

  • [雑誌論文] The Pharmacological Assessment of GABAA Receptor Activation in Experimental Febrile Seizures in Mice2019

    • 著者名/発表者名
      Kasahara Yuka、Igata Hideyoshi、Sasaki Takuya、Ikegaya Yuji、Koyama Ryuta
    • 雑誌名

      eneuro

      巻: 6 ページ: 0429~18.2019

    • DOI

      https://doi.org/10.1523/ENEURO.0429-18.2019

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Integration of goal-directed signals onto spatial maps of hippocampal place cells2019

    • 著者名/発表者名
      Aoki, Y., Igata, H., Ikegaya, Y., Sasaki, T.
    • 雑誌名

      Cell Reports

      巻: 印刷中 ページ: 印刷中

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Prioritized experience replay in rat hippocampus2019

    • 著者名/発表者名
      Igata, H., Ikegaya, Y., Sasaki, T.
    • 学会等名
      The 5th CiNet Conference
    • 国際学会
  • [学会発表] Changes in synchronous spike patterns of hippocampal neurons associated with learning of an optimal route in a spatial detour task2018

    • 著者名/発表者名
      Igata, H., Sasaki, T., Ikegaya Y.
    • 学会等名
      Society for Neuroscience 2018
    • 国際学会
  • [学会発表] Light-guided running behavior induces direction selective spikes of hippocampal neurons.2018

    • 著者名/発表者名
      Aoki, Y., Igata, H., Sasaki, T., Ikegaya, Y.
    • 学会等名
      The 18th World Congress of Basic and Clinical Pharmacology
    • 国際学会
  • [学会発表] Spatial representation of hippocampal cells in response to aversive stimulus in a T-maze task.2018

    • 著者名/発表者名
      Okada, S., Igata, H., Sasaki, T., Ikegaya, Y.
    • 学会等名
      The 18th World Congress of Basic and Clinical Pharmacology
    • 国際学会
  • [学会発表] Hippocampal neurons firing is variable across laps in a linear track task2018

    • 著者名/発表者名
      Yagi, S., Igata, H., Shikano, Y., Aoki, Y., Sasaki, T., Ikegaya, Y.
    • 学会等名
      The 18th World Congress of Basic and Clinical Pharmacology
    • 国際学会
  • [学会発表] 最適経路の学習に伴うラット海馬の神経同期活動パターンの変化2018

    • 著者名/発表者名
      井形秀吉、池谷裕二、佐々木拓哉
    • 学会等名
      次世代脳プロジェクト冬のシンポジウム2018

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公開日: 2019-12-27  

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