報酬場所記憶に関わる場所細胞の形成メカニズムと機能的役割の解明

2020 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 19K16293
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 水田 恒太郎 京都大学, 医学研究科, 助教 (60632891)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2021-03-31
• キーワード: 報酬 / 記憶 / 場所細胞 / 二光子イメージング / バーチャルリアリティ

研究実績の概要

動物がある空間を探索するとき、空間上の重要な場所がどのように表現され、記憶として保持されるかはわかっていない。申請者は、報酬周辺には場所特異的な活動を示す場所細胞が集積すること(報酬場所細胞)を見出し、通常の場所細胞は数日単位で場所特異性が変化していくのに対し、報酬場所細胞は、毎日同じ場所で安定して発火し続け、新たな形質を持つ細胞群であることがわかった。そこで、本研究では、報酬場所細胞が既存の場所細胞からどのように形成されるか、報酬そのものを認識しているのか、あるいは場所との組み合わせが重要なのか、さらに記憶の痕跡に関連するのか、その形成に報酬系が如何に関係しているかを解明していく。
本年度は、マウスが走行中に報酬地点の周りで特異的に活動する報酬場所細胞が、報酬の回数を1秒のタイミングで3回あげたとき、その報酬のタイミングに応じて発火する細胞であるかどうか検討した。報酬場所細胞は反応せず、報酬地点で停まった時に時間特異的に発火する細胞群が新たに形成された。これは場所細胞とは異なる形質を持ち、報酬の事象に従って時系列に発火する別のセルアセンブリがあることがわかった。つまり、報酬場所細胞は報酬に反応する細胞ではないことが証明された。次に、クラスター解析により報酬場所細胞は別の場所細胞に比べて同じグループの報酬の事象に応答する細胞とセルアセンブリを形成することがわかった。これは、報酬場所細胞が報酬事象と情報を統合しエピソード記憶として海馬で保持するのに重要な役割を示す可能性が期待できた。

研究成果

• [雑誌論文] Multiple coordinated cellular dynamics mediate CA1 map plasticity (2021)
  • 著者名/発表者名: Mizuta Kotaro、Nakai Junichi、Hayashi Yasunori、Sato Masaaki
  • 雑誌名: Hippocampus 巻: 31 ページ: 235～243
  • DOI: 10.1002/hipo.23300
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Two Functionally Distinct Serotonergic Projections into Hippocampus (2020)
  • 著者名/発表者名: Luchetti Alessandro、Bota Ayaka、Weitemier Adam、Mizuta Kotaro、Sato Masaaki、Islam Tanvir、McHugh Thomas J.、Tashiro Ayumu、Hayashi Yasunori
  • 雑誌名: The Journal of Neuroscience 巻: 40 ページ: 4936～4944
  • DOI: 10.1523/jneurosci.2724-19.2020
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Distinct Mechanisms of Over-Representation of Landmarks and Rewards in the Hippocampus (2020)
  • 著者名/発表者名: Sato Masaaki、Mizuta Kotaro、Islam Tanvir、Kawano Masako、Sekine Yukiko、Takekawa Takashi、Gomez-Dominguez Daniel、Schmidt Alexander、Wolf Fred、Kim Karam、Yamakawa Hiroshi、Ohkura Masamichi、Lee Min Goo、Fukai Tomoki、Nakai Junichi、Hayashi Yasunori
  • 雑誌名: Cell Reports 巻: 32 ページ: 107864～107864
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2020.107864
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] Nonspatiotemporal-encoding hyperactivity is elevated in the hippocampal CA1 region of Alzheimer’s disease model mice (2020)
  • 著者名/発表者名: Risa Takamura, Kotaro Mizuta, Yukiko Sekine, Tanvir Islam, Takashi Saito, Takashi Takekawa, Masamichi Ohkura, Tomoki Fukai, Junichi Nakai, Toshio Ohshima, Takaomi Saido, Yasunori Hayashi
  • 学会等名: 第43回日本神経科学大会
• [学会発表] Distinct projection of anterior cingulate cortex layer 2/3 and 5 neurons (2020)
  • 著者名/発表者名: 李耀龍、水田恒太郎、林康紀
  • 学会等名: 第98回日本生理学会大会
• [学会発表] 海馬CA1における空間と事象表現の同期活動 (2020)
  • 著者名/発表者名: 水田恒太郎、佐藤正晃、関根友紀子、河野真子、イスラムタンビル、李耀龍、竹川高志、大倉正道、中井淳一、林康紀
  • 学会等名: 第94回日本薬理学会年会
• [備考] 脳内地図を細胞レベルで観察
  • URL: https://www.riken.jp/press/2020/20200708_1/index.html
• [備考] 脳内地図を細胞レベルで観察 －自閉症関連遺伝子Shank2はランドマーク情報に必須－
  • URL: https://www.kyoto-u.ac.jp/ja/research-news/2020-07-09-1
• [備考] 知の京都- 水田恒太郎さん（京都大学医学研究科システム神経薬理学 助教）
  • URL: https://www.pref.kyoto.jp/sangyo-sien/specialist/mizutakotaro.html