Elucidation of fear extinction mechanisms through in-vivo deep-brain optical imaging and manipulation focused on the activity dynamics in the prelimbic cortex

通过体内深部脑光学成像和操作阐明恐惧消退机制，重点关注前边缘皮层的活动动态

• 批准号: 22KJ0812
• 负责人: 近藤 勇人
• 金额: $ 1.09万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2023
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2023-03-08 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22KJ0812/
• 关键词: Cognition; Emotion; mPFC; Prelimbic cortex; Two-photon imaging; Neural coding

令和4年度に実施した研究成果のうち、特に重要なものとして下記の３点を報告する。第一に、本研究の注目領域であるPrelimbic cortex (PrL) の神経活動を生体脳において高速かつ single cell resolutionで計測する光学イメージング系を確立した。PrLは脳表から約2 mmの深部に位置するため従来の観察手法では励起光を届けるのが困難であったが、屈折率分布型レンズ (GRIN lens) を挿入することによりこれを克服した。上記の外科手技プロトコルの応用により、今後、適切な長さのGRIN lensを用いれば実質的にどの深部領域であっても生体脳からの神経活動計測が可能であり、神経回路の探索実験・機能解析実験に大いに役立つ考えられる。第二に、頭部固定下での音恐怖条件付けを成功させる音圧、電圧等の条件検討を実施し、連合記憶形成のプロトコルを確立した。さらに、マウスの恐怖記憶想起の指標として頭部固定状態における瞳孔径および、自由行動化におけるすくみ応答の計測・解析系を構築した。これらは赤外線カメラで取得した画像データ解析の為のcustom script（ImageJおよびMATLABを使用）によって実現しており、迅速な解析パイプラインを実現した。第三に、この神経活動計測系を用いて恐怖記憶の形成前から想起までのPrLの同一神経細胞群の神経活動計測・解析実験を実施した。その結果、音刺激に対するPrLの応答は記憶の形成前から連合記憶想起にわたってダイナミックに変動することを見出した。さらに、音刺激と電気ショックの両方をこれらの神経細胞群が符号化していることを示唆する結果が得られた。今後、PrLの神経活動が記憶のプロセスのどのタイムポイントで重要な役割を担っているのかについて、光遺伝学および化学遺伝学的な介入実験を用いて解明していく。

The results of the research conducted in the fourth year of Ling He are particularly important. The following three points are reported. The first area of interest in this study is the establishment of an optical system for measuring the activity of Prelimbic cortex (PrL) in vivo at high speeds and single cell resolutions. PrL surface about 2 mm deep position, the observation method, excitation light, the refractive index distribution type, the lens, the lens, etc. The above mentioned surgical techniques are used in the future, and the appropriate length of the GRIN lens is used in the deep field of biological activity measurement. The exploration of the nervous circuit is possible. The functional analysis is carried out in the middle of the service. Second, under the condition of head fixation, the sound terror condition is successfully solved, and the condition of sound pressure, electric voltage, etc. is successfully solved, and the joint memory is formed. The measurement and analysis system of terror memory index, pupil diameter and free movement of head fixation state were constructed. This is a custom script (ImageJ and MATLAB) that enables quick resolution of images. Third, the measurement of neural activity is performed by measuring and analyzing the neural activity of the same neural cell group before the formation of terror memory. The result of the sound stimulation is that the memory is formed before the sound stimulation. The results of this study were as follows: In the future, PrL's mental activity will be explained by the involvement of memory, optical genetics and chemical genetics.

项目成果

Neuronal reactivation in the prelimbic cortex during fear memory extinction

恐惧记忆消退期间前边缘皮层的神经元重新激活

• 发表时间: 2022
• 作者: Hayato Kondo;Ryang Kim;Ranmaru Shimoda;Rie Yamashita;Shigetaka Kobari;Yusuke Tomiyama;Jungmin Kim;Takumitsu Shakuno;Leonie S. Brebner;Haobo Song;Tatsushi Yokoyama;Kasumi Inokuchi;Yayoi Kondo;Michiko Okamura;Masayuki Sakamoto;Hiroyuki Okuno,
• 通讯作者: Hiroyuki Okuno,

Neuronal activity dynamics in the prelimbic cortex underlying fear memory processing

前边缘皮层的神经元活动动态是恐惧记忆处理的基础

• 发表时间: 2022
• 作者: Hayato Kondo;Ryang Kim;Ranmaru Shimoda;Rie Yamashita;Jungmin Kim;Takumitsu Shakuno;Leonie S. Brebner;Haobo Song;Kasumi Inokuchi;Yayoi Kondo;Michiko Okamura;Hiroyuki Okuno;Keisuke Ota;Hajime Fujii;& Haruhiko Bito
• 通讯作者: & Haruhiko Bito