多ニューロン画像法を用いた記憶の獲得・固定メカニズムの解明

2014 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13J07832
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 乘本 裕明 東京大学, 薬学系研究科, 特別研究員(DC1)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2016-03-31
• Keywords: 海馬 / 記憶 / シナプス可塑性 / Sharp wave-ripple

Outline of Annual Research Achievements

活動したニューロンを数時間後に蛍光ラベルできるArc-dVenusマウスの標本を用い、これに多ニューロン画像法およびパッチクランプ法を適用することで、記憶に関わったニューロンが鋭波発生時に優先的に活動しやすくなり、それによって記憶の再生が起こることを示した。これまで、脳回路ではニューロンの興奮（アクセル）と抑制（ブレーキ）はバランスが一定に保たれていることが常識であったが、記憶にかかわったニューロンは「リップル波」の発生時に、抑制性シグナルに打ち勝つほどアンバランスな（大きな）興奮性シグナルを受け取っていることが判明し、その結果、記憶を再生し、固定することができるようになることが明らかになった。また、これらの現象は長期増強（LTP）を阻害する薬を適用することによって観察されなくなったことから、記憶はLTPによって脳回路に保存されていることも示唆された。以上のような統合的アプローチにより、記憶が脳に刻まれて、それが正確に固定される神経回路メカニズムを解明した。

Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

記憶時に活動したニューロンをラベルする方法の開発に時間がかかることが予想されたが、岐阜大学の山口先生よりArc-dVenusマウスを譲渡いただいたことにより、大幅に時間を短縮できた。

Strategy for Future Research Activity

リップル波が不要な記憶の消去を行っている可能性に着目する。
リップル波が回路全体に長期抑圧を誘導することを示し、記憶に関わった一部のニューロン間においては長期増強が生じていることをパッチクランプ法により確認する。

Research Products

• [Journal Article] Unbalanced excitability underlies offline reactivation of behaviorally activated neurons. (2014)
  • Author(s): Mizunuma, M., Norimoto, H., Tao, K., Egawa, T., Hanaoka, K., Sakaguchi, T., Hioki, H., Kaneko, T., Yamaguchi, S., Nagano, T., Matsuki, N., Ikegaya, Y.
  • Journal Title: Nature Neuroscience Volume: 17 Pages: 503-505
  • DOI: 10.1038/nn.3674
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Dopamine receptor activation reorganizes neuronal ensembles during hippocampal sharp waves in vitro. (2014)
  • Author(s): Miyawaki, T., Norimoto, H., Ishikawa, T., Watanabe, Y., Matsuki, N., Ikegaya, Y.
  • Journal Title: PLoS One Volume: 9 Pages: e104438
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0104438
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] 興奮・抑制バランスの崩れが記憶再生をドライブする (2015)
  • Author(s): 乗本裕明、水沼未雅、田尾賢太郎、江川尭寛、花岡健二郎、坂口哲也、日置寛之、金子武嗣、山口瞬、長野哲雄、松木則夫、池谷裕二
  • Organizer: 第15回脳と心のメカニズム 冬のワークショップ
  • Place of Presentation: 留寿都
  • Year and Date: 2015-01-07
• [Presentation] Unbalanced excitability drives offline reactivation of behaviorally activated neurons (2014)
  • Author(s): Norimoto, H, Mizunuma, M., Tao, K., Egawa, T., Hanaoka, K., Sakaguchi, T., Hioki, H., Kaneko, T., Yamaguchi, S., Nagano, T., Matsuki, N., Ikegaya, Y
  • Organizer: 9th FENS Forum of Neuroscience
  • Place of Presentation: ミラノ（イタリア）
  • Year and Date: 2014-07-08