イメージングと光操作を用いたクローズドループ制御による記憶の形成と想起

ある神経回路の機能を調べるには、神経回路が欠損した場合の表現系を調べる実験や、神経回路の活動を詳細に調べる実験が有効である。こうした解析により、記憶や認知機能に必要な脳領域が特定され、それらの領域内の特徴的な神経活動が明らかになってきた。しかし、記憶や認知機能の処理における神経回路の詳細な活動の役割を因果的に検証することは困難であった。そこで本研究では、クローズドループ制御によって神経活動を精密に制御することで神経活動と記憶や認知機能との関係を明らかにする。神経活動の測定と操作を簡便に行うためには頭部を固定した条件下でマウスに記憶・学習課題に取り組ませることが望ましい。そこでまず頭部固定のマウスに様々な感覚刺激を組み合わせて与え連合記憶を形成する課題を確立した。その結果、条件刺激の提示によって条件づけ反応が表出したことから、記憶形成、想起が確認できた。さらに、こうしたマウスの神経活動を広い脳領域から測定するための、神経活動イメージング系の確立に取り組んだ。蛍光カルシウムセンサーjGCaMP8の遺伝子導入やイメージングの条件検討を進め、感度良く活動を測定することに成功した。さらに同時にオプトジェネティクスを用いて神経活動を操作するため、赤色光感受性のイオンチャネルChrimsonを導入した。赤色光を照射することでjGCaMPの蛍光強度上昇を観察することができた。また、Chrimsonを導入しないで赤色光を照射した場合はjGCaMPの蛍光強度上昇は認められなかったことから、蛍光強度上昇はChrimsonの活性化によるものと考えられる。一連の実験によって確立したセットアップを用いることで、記憶と神経活動の因果関係を検証できると考えられる。

ある神経回路の機能を調べるには、神経回路が欠損した場合の表現系を調べる実験や、神経回路の活動を詳細に調べる実験が有効である。こうした解析により、記憶や認知機能に必要な脳領域が特定され、それらの領域内の特徴的な神経活動が明らかになってきた。しかし、記憶や認知機能の処理における神経回路の詳細な活動の役割を因果的に検証することは困難であった。そこで本研究では、クローズドループ制御によって神経活動を精密に制御することで神経活動と記憶や認知機能との関係を明らかにする。神経活動の測定と操作を簡便に行うためには頭部を固定した条件下でマウスに記憶・学習課題に取り組ませることが望ましい。そこでまず頭部固定のマウスに様々な感覚刺激を組み合わせて与え連合記憶を形成する課題を確立した。その結果、条件刺激の提示によって条件づけ反応が表出したことから、記憶形成、想起が確認できた。さらに、こうしたマウスの神経活動を広い脳領域から測定するための、神経活動イメージング系の確立に取り組んだ。蛍光カルシウムセンサーjGCaMP8の遺伝子導入やイメージングの条件検討を進め、感度良く活動を測定することに成功した。さらに同時にオプトジェネティクスを用いて神経活動を操作するため、赤色光感受性のイオンチャネルChrimsonを導入した。赤色光を照射することでjGCaMPの蛍光強度上昇を観察することができた。また、Chrimsonを導入しないで赤色光を照射した場合はjGCaMPの蛍光強度上昇は認められなかったことから、蛍光強度上昇はChrimsonの活性化によるものと考えられる。一連の実験によって確立したセットアップを用いることで、記憶と神経活動の因果関係を検証できると考えられる。