【研究分野】神経生理学・神経科学一般

【研究領域課題番号】17K14930 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

恐怖記憶消去 / 記憶痕跡 / 光遺伝学 / 恐怖記憶 / Arc / 神経科学 / カルシウムイメージング

【研究成果の概要】

本研究では、記憶情報を担う記憶痕跡の観点から、恐怖記憶消去のメカニズムを明らかにすることを目的とした。記憶痕跡細胞を標識・操作可能な遺伝子改変マウス、および光遺伝学的手法を用いた解析から、同一脳内において、恐怖と消去の両方を制御する細胞群を有する脳領域と別々に制御する細胞群を有する脳領域の両者が共存していることを見出した。

【研究の社会的意義】

恐怖と消去の両方を担う神経細胞集団が存在するという可能性は、この細胞集団に着目し、転換を制御し、消去誘導に関わる分子実態を明らかにする研究に発展する可能性があり、このことは、消去が心的外傷後ストレス障害といった疾患の治療標的として注目されているが、将来有効な治療薬開発の基礎研究として発展する可能性もある。

【研究種目】若手研究(B)

【研究期間】2017-04-01 - 2019-03-31

【配分額】4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)

【研究分野】リハビリテーション科学・福祉工学

【研究領域課題番号】17K13067 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

マーモセット / カルシウムイメージング / 脊髄損傷 / 運動制御 / リハビリテーション / 脳深部カルシウムイメージング / 神経科学

【研究成果の概要】

ラット両側皮質脊髄路損傷モデルに対し神経細胞活動の可塑性を検証したところ、運動野において208 ± 7.2個の神経細胞活動を記録できた(n=3)。上肢の到達運動を行なう際のラット運動野の神経活動を記録したところ、12.7個(6.1%)の細胞が到達運動に関連して活動することが確認された。これらの神経細胞は、脊髄損傷1-2週後では到達運動に関連する細胞が減少し、その後上昇することが確認された。 マーモセット運動野においても同様に、皮質脊髄路損傷の損傷前、損傷直後(麻痺)、回復期において動員される神経細胞が変化することが確認された。

【研究の社会的意義】

この内視鏡レンズを用いた観察手法は、より脳の深部に位置する大脳基底核や海馬などの領域における観察にも応用が可能であり、運動や認知、記憶などの霊長類における複雑な脳機能に関わる神経ネットワークの研究の有力なツールとなる。さらに精神・神経疾患モデルマーモセットに対し適用することで、ヒトにおける精神・神経疾患の新たな治療へ展開されることが期待されます。
リハビリテーションは様々なメカニズムが複合的に合わせることで運動機能回復に寄与するが、本研究ではその中でも脊髄損傷後に局所回路の再編成がどのように起こるかIn vivo カルシウムイメージング手法を用いて解析することができた。

【研究種目】若手研究(B)

【研究期間】2017-04-01 - 2019-03-31

【配分額】4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)

【研究分野】神経解剖学・神経病理学

【研究領域課題番号】16H06144 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

神経回路形成 / 神経科学 / 嗅覚 / 発生 / 分子生物学 / 神経活動 / カルシウムイメージング / 神経発生 / 自発活動 / 電気生理学 / 嗅覚受容体 / 神経回路 / シナプス / 回路形成 / シナプス特異性 / 発生学 / 脳・神経

【研究成果の概要】

高等動物が外界の情報に対して適切な行動を選択するためには、発生の過程で脳に存在する神経回路が個体差なく正確に形成される必要がある。神経回路は、遺伝子に規定されたプログラムに加えて、臨界期に生じる神経活動による精緻化を経て完成される。この回路構築の具体的な分子メカニズムの理解は、動物の先天的な行動と学習によって変化する可塑的な行動原理を理解する上で重要な示唆を与える。
一般に回路の精緻化は、神経細胞間の同期的な発火活動によると多くの教科書に記載されている。しかし我々はカルシウムイメージング及び光遺伝学による神経活動の観察、操作を通じて、新しい神経活動依存的な回路形成メカニズムを明らかにした。

【研究の社会的意義】

ヒトを含む高等動物の脳は、複雑かつ精緻な神経回路を用いて感覚入力情報に対して適切な出力行動を行う。この情報処理を担う神経回路の破綻は、精神・神経疾患の原因であることから、神経回路形成のメカニズムを解明することは基礎科学のみならず臨床の分野において重要な示唆を与えうる。
一般に高等動物の神経回路は、遺伝的プログラムに加えて臨界期に生じる神経活動に依存した回路の精緻化を経て完成される。この活動に依存した回路の可塑的な変化は、神経細胞間の同期的な発火活動による（ヘブ則）と多くの教科書に記載されている。しかし今回我々は、既存のヘブ則に当てはまらない新規の活動依存的な回路構築のメカニズムを明らかにした。

【研究種目】若手研究(A)

【研究期間】2016-04-01 - 2019-03-31

【配分額】24,700千円 (直接経費: 19,000千円、間接経費: 5,700千円)

【研究分野】神経生理学・神経科学一般

【研究領域課題番号】15H02350 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

２光子顕微鏡 / カルシウムイメージング / 運動学習 / 大脳皮質運動野 / 大脳基底核 / 小脳 / 視床 / 軸索 / 運動野 / 2光子イメージング / 光遺伝学 / ２光子イメージング / 神経科学

【研究成果の概要】

２光子カルシウムイメージング法を用いてマウス大脳皮質運動野に投射する視床皮質軸索のシナプス前部の神経活動を計測することで、前肢レバー引き運動課題を学習する際、視床から運動野へ送られるシグナルが２種類あり、互いに異なる時間変化（ダイナミクス）を示すことを明らかにした。これら２種類のシグナルは「運動課題の成功率」あるいは「運動の安定性」と、それぞれ関連していた。また、シグナルは大脳皮質のどの層に入力するかによってダイナミクスが異なり、それぞれが大脳基底核あるいは小脳に強い影響を受けることがわかった。その一方で、どちらのシグナルを作り出すにも大脳基底核と小脳の両方の活動が必要であることも見出された。

【研究の社会的意義】

本研究成果は、脳全体の理解に不可欠な脳領域間ネットワークの視点から運動学習や運動制御のメカニズムの一端を明らかにしたという点で非常に重要であり、パーキンソン病やジストニアなどの運動失調・運動障害疾患の病態理解に将来的に貢献することが期待される。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2015-04-01 - 2019-03-31

【配分額】42,380千円 (直接経費: 32,600千円、間接経費: 9,780千円)