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マウスの学習課題の一つである恐怖条件付けにより、新奇環境暴露刺激などの感覚刺激と足下への電気ショック刺激をマウス脳内で連合し、感覚刺激に対する恐怖記憶を形成する。その結果、感覚刺激の提示だけでも恐怖記憶の想起が引き起こされる。この学習が成立する過程において感覚入力に応答する神経細胞群が記憶痕跡回路を形成する、という仮説を立てた。それを検証するため、神経活動イメージングによる感覚刺激応答神経細胞の同定実験とマウス脳内の神経活動操作実験を実施した。神経活動イメージング実験では大脳皮質内で感覚入力に対して反応する個々の神経細胞を同定する。そのために単一細胞の解像度を有する、多細胞同時神経活動測定法を実施し、それらの神経細胞が恐怖条件付け学習後にどのような神経生理変化を示すのかを解析した。さらに神経活動操作実験では薬剤の投与により特定の神経細胞の活動を人為的に操作することのできるDREADD法を利用した。DREADD発現マウスに対してアゴニストを投与することにより、大脳皮質内の特定の神経細胞の活動を学習成立時に人為的に変化させることで、恐怖記憶形成効率が変化するのかどうかを行動試験により評価した。最終年度は認知症モデルマウスにおいて行動タスク評価系を使用して認知機能の定量評価、さらに大脳皮質におけるシナプス病態解析を実施した。以上の実験を統合的に解析し認知機能と神経ネットワーク形成との関係性を見出した。
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