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

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。

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。