記憶を生み出す神経回路可塑性の光技術を駆使した理解

本研究では、動物の学習を実現する神経回路メカニズムを理解するために、学習の細胞基盤であるシナプス可塑性を可視化する蛍光プローブと細胞膜電位の蛍光イメージングを組み合わせて動物個体に適用し、学習成立時にシナプス可塑性がいかに個々の細胞の情報処理を変化させて神経回路を作り変えるかを究明することを目指している。特に、独自の光技術と最高難度のパッチクランプ技術を駆使し、個々のシナプスから細胞レベル・複数細胞群に至るまで広範に神経活動と可塑性の時空間パターンを解析し、動物個体でシナプスの可塑性が記憶・学習へ至る過程を包括的に明らかにすることが本研究の目的である。本年度の研究から、動物の運動学習の基盤と考えられているシナプス可塑性である小脳長期抑圧を蛍光可視化するLTDプローブについて、初代分散培養およびスライス培養標本を用いて電気生理学や膜電位蛍光イメージングと相補的に適用することで、空間的に極めて限局して可塑性シナプスを選択的に標識できることが明らかになった。これは動物個体での記憶痕跡の可視化の礎となるものである。また、動物個体での運動学習を定量的に評価する行動実験として、瞬目条件反射付けタスクを新たに研究室で立ち上げつつあり、シナプス可塑性の標識と関連付けた定量的な学習指標を確立できた。その過程で、1世紀以上にわたり見逃されてきた学習成立過程自体の興味深い特徴を精密な機能解析から見出すことにも成功し、脳における学習機構自体の予想外の理解深化にも研究が展開しつつある。これらの研究成果に関して、精力的な学会発表等を行っており、複数の論文刊行へ向けて準備を進めている。

本研究では、動物の学習を実現する神経回路メカニズムを理解するために、学習の細胞基盤であるシナプス可塑性を可視化する蛍光プローブと細胞膜電位の蛍光イメージングを組み合わせて動物個体に適用し、学習成立時にシナプス可塑性がいかに個々の細胞の情報処理を変化させて神経回路を作り変えるかを究明することを目指している。特に、独自の光技術と最高難度のパッチクランプ技術を駆使し、個々のシナプスから細胞レベル・複数細胞群に至るまで広範に神経活動と可塑性の時空間パターンを解析し、動物個体でシナプスの可塑性が記憶・学習へ至る過程を包括的に明らかにすることが本研究の目的である。本年度の研究から、動物の運動学習の基盤と考えられているシナプス可塑性である小脳長期抑圧を蛍光可視化するLTDプローブについて、初代分散培養およびスライス培養標本を用いて電気生理学や膜電位蛍光イメージングと相補的に適用することで、空間的に極めて限局して可塑性シナプスを選択的に標識できることが明らかになった。これは動物個体での記憶痕跡の可視化の礎となるものである。また、動物個体での運動学習を定量的に評価する行動実験として、瞬目条件反射付けタスクを新たに研究室で立ち上げつつあり、シナプス可塑性の標識と関連付けた定量的な学習指標を確立できた。その過程で、1世紀以上にわたり見逃されてきた学習成立過程自体の興味深い特徴を精密な機能解析から見出すことにも成功し、脳における学習機構自体の予想外の理解深化にも研究が展開しつつある。これらの研究成果に関して、精力的な学会発表等を行っており、複数の論文刊行へ向けて準備を進めている。