匂いに基づき快・不快の情動を生み出す神経回路メカニズムの解明

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本研究は、哺乳類と類似した構造と機能を備えながらも、少数の細胞で構成されるショウジョウバエの嗅覚系に着目して、物理化学的な匂い情報に基づき快・不快の情動を生み出す情報変換とその神経回路基盤を解明することを目指す。具体的には、物理化学的な匂い情報を表現する一次嗅覚中枢と快・不快の決定に重要とされる二次中枢の側角からほぼ全ての神経細胞の活動を計測し比較することで、側角において匂い情報が情動情報に変換されるという仮説を検証する。最終年度は、これまでに計測した一次中枢の触角葉と二次中枢の側角およびキノコ体の匂い応答を比較することで、生得的な匂いの快・不快の情動情報が側角で生成されることを明らかにした。次に、側角の匂い情報表現を支える神経回路メカニズムを解明するため、ショウジョウバエ脳の電子顕微鏡画像データから、一次中枢と側角を構築する全神経細胞データを取得して神経細胞同士の結合様式を解析した。この結果から、快および不快の情報表現が異なる神経回路メカニズムによって生成されることが示唆された。さらに、ショウジョウバエの脳の神経回路に基づいたネットワークモデルをコンピュータ上に構築し、側角細胞の匂い応答を再現およびモデルを操作することで、快・不快が異なる神経回路メカニズムで生成されるという結果を検証した。以上のように、網羅的な神経活動計測と神経回路解析により、本研究は匂いの生得的な情動情報の脳内表現と快・不快の情動特異的な神経回路メカニズムを明らかにした。