長期報酬記憶を制御するフィードバック神経回路

2014 年度 実績報告書

• 研究領域: こころの時間学 ―現在・過去・未来の起源を求めて―
• 研究課題/領域番号: 26119503
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 谷本 拓 東北大学, 生命科学研究科, 教授 (70714955)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2016-03-31
• キーワード: 神経科学

研究実績の概要

脳にとって、過去の時間とは蓄積された記憶である。表出する記憶は一定であっても、その分子的・神経回路的性質は時間とともに変遷する。申請者らはショウジョウバエの嗅覚連合記憶をモデルとした以前の研究で、短期報酬記憶と長期報酬記憶は互いに独立に形成されることを示し、さらに、長期報酬記憶形成を特異的に誘導するドーパミン神経細胞種を同定した。このドーパミン神経細胞は、昆虫の連合記憶中枢であるキノコ体の特定領域に局所的に入力する。申請者らはこの特定領域から出力する神経細胞の形態を観察し、その終末領域が、上記のドーパミン入力神経の樹状突起と同様な領域に投射していることを観察した。この観察結果から申請者らは、この出力神経がドーパミン入力神経に再び入力するというフィードバック回路を形成しているのではないかという仮説に基づき、その形態の詳細な解析を行った。
平成26年度は、1. 二重染色法、GRASP法によりこれら二種の神経細胞種の神経突起が非常に近接しておりシナプスを形成している可能性が極めて高いこと、2. 当該出力神経の神経伝達物質、を見出した。先行する生理学的研究などにより、報酬あるいは罰を伝達するドーパミン作動性神経への記憶中枢からのフィードバックの存在が予測されてきたが（prediction error仮説など）、その回路実体は不明な点が多かった。本研究により、長期記憶形成を誘導する報酬系ドーパミン神経細胞種にキノコ体からのフィードバック回路が存在することが示され、今後の機能解析につながることが期待される。

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

申請書にあった計画通りフィードバック回路の解剖学的解析を行った。

今後の研究の推進方策

現在まで、解剖学的な観点から、長期報酬記憶形成を誘導するドーパミン神経細胞種と、特定のキノコ体出力神経細胞種がフィードバック回路を形成していることを明らかにした。申請者らの以前の研究により、このドーパミン神経細胞の長期記憶形成に対する必要性は示されており、この「報酬フィードバック回路」が長期報酬記憶形成の鍵であるという仮説が成り立つ。
今後は計画通り、このフィードバック回路を構成する神経細胞種の記憶形成における機能を行動学的に解析する。これまでの解剖学的知見と総合し、長期記憶形成を誘導する神経回路メカニズムを理解する。

研究成果

• [雑誌論文] Distinct dopamine neurons mediate reward signals for short- and long-term memories. (2015)
  • 著者名/発表者名: Yamagata N, Ichinose T, Aso Y, Placais PY, Friedrich AB, Sima R, Preat T, Rubin GM, Tanimoto H.
  • 雑誌名: Proc Natl Acad Sci U S A. 巻: 112(2) ページ: 578-83
  • DOI: 10.1073/pnas.1421930112
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Mushroom body output neurons encode valence and guide memory-based action selection in Drosophila. (2014)
  • 著者名/発表者名: Aso Y, Sitaraman D, Ichinose T, Kaun K, Vogt K, Belliart-Guerin G, Placais PY, Robie A, Yamagata N, Schnaitmann C, Rowell W, Johnston R, Ngo T, Chen N, Korff W, Nitabach M, Heberlein U, Preat T, Branson K, Tanimoto H, Rubin G.
  • 雑誌名: eLife 巻: 3 ページ: e04580
  • DOI: http://dx.doi.org/10.7554/eLife.04580
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] The neuronal architecture of the mushroom body provides a logic for associative learning. (2014)
  • 著者名/発表者名: Aso Y, Hattori D, Yu Y, Johnston R, Iyer N, Ngo T, Dionne H, Abbott L, Axel R, Tanimoto H, Rubin G.
  • 雑誌名: eLife 巻: 3 ページ: e04577
  • DOI: http://dx.doi.org/10.7554/eLife.04577
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Shared mushroom body circuits operate visual and olfactory memories in Drosophila. (2014)
  • 著者名/発表者名: Vogt K, Schnaitmann C, Dylla K, Knapek S, Aso Y, Rubin GM, Tanimoto H.
  • 雑誌名: eLife 巻: 3 ページ: e02395
  • DOI: http://dx.doi.org/10.7554/eLife 3:e02395
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Mashroom body circuits and memory formation. (2014)
  • 著者名/発表者名: Tanimoto H.
  • 学会等名: The Genetics Society Autumn Meeting 2014
  • 発表場所: The Royal Society, London (UK)
  • 年月日: 2014-11-27 – 2014-11-28
  • 招待講演
• [学会発表] Mashroom body circuits and memory formation. (2014)
  • 著者名/発表者名: Tanimoto H.
  • 学会等名: Neurofly 2014
  • 発表場所: Convention Center Crete Maris, Crete (Greece)
  • 年月日: 2014-10-05 – 2014-10-09
  • 招待講演
• [学会発表] Distinct dopamine neurons mediate reward signals for short- and long-term memories. (2014)
  • 著者名/発表者名: Tanimoto H.
  • 学会等名: Janelia Farm 2014 Fall Conference
  • 発表場所: Janelia Farm Reserch Campus, Ashburn (USA)
  • 年月日: 2014-09-21 – 2014-09-24
  • 招待講演
• [学会発表] Neural circuits for memory formation. (2014)
  • 著者名/発表者名: Tanimoto H.
  • 学会等名: The 85th Annual Meeting of the Zoological Society of Japan
  • 発表場所: Tohoku University Kawauchi-kita Campus, Sendai
  • 年月日: 2014-09-11 – 2014-09-13
  • 招待講演
• [学会発表] Neural circuits for colour discrimination and learning. (2014)
  • 著者名/発表者名: Tanimoto H, Vogt K, Schnaitmann C, Aso Y, Rubin GM, Wachtler T, Garbers C.
  • 学会等名: 11th International Congress of Neuroethology and 36th Annual Meeting of The Japanese Society for Comparative Physiology and Biochemistry
  • 発表場所: Sapporo Convention Center, Sapporo
  • 年月日: 2014-07-29 – 2014-08-01
  • 招待講演
• [学会発表] Functional diversity of the Drosophila mushroom body. (2014)
  • 著者名/発表者名: Tanimoto H.
  • 学会等名: Janelia Farm 2014 Spring Conference
  • 発表場所: Janelia Farm Reserch Campus, Ashburn (USA)
  • 年月日: 2014-04-27 – 2014-05-01
  • 招待講演