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

通过使用成像和光学操纵的闭环控制来形成和检索记忆

• 批准号: 22K19482
• 负责人: 野村 洋
• 金额: $ 4.08万
• 依托单位: Nagoya City University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-06-30 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K19482/
• 关键词: 記憶・学習; 脳・神経; 記憶

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。

为了研究神经回路的功能，当缺少神经回路时检查表型的实验或详细检查神经回路活性的实验是有效的。这些分析确定了记忆和认知功能所需的大脑区域，并揭示了这些区域内的独特神经活动。但是，很难因因果研究神经回路在记忆和认知功能的处理中的详细活动的作用。因此，在这项研究中，我们将通过闭环控制精确控制神经活动来阐明神经活动与记忆和认知功能之间的关系。为了轻松测量和操纵神经活动，希望在固定头部的条件下使鼠标在记忆和学习任务上工作。因此，我们首先建立了将各种感觉刺激与固定头组合在一起以形成相关记忆的任务。结果，条件响应通过呈现条件刺激表达，并确认了记忆形成和召回。此外，我们努力建立一个神经活动成像系统，以测量大脑区域的小鼠的神经活动。我们继续研究荧光钙传感器JGCAMP8的基因转移和成像的条件，并以高灵敏度成功测量了活性。此外，引入了红色光敏感的离子通道Chrimson，同时使用光遗传学来操纵神经活动。通过用红光照射，观察到JGCAMP的荧光强度的增加。此外，当不引入Chrimson的情况下辐照红光时，未观察到JGCAMP的荧光强度的增加，因此认为荧光强度的增加是由于Chrimson的激活所致。人们认为，通过使用一组既定的实验，可以验证记忆与神经活动之间的因果关系。

项目成果

Neural dynamics regulating a transition between memory retrieval and forgetting

调节记忆检索和遗忘之间过渡的神经动力学

• 发表时间: 2022
• 作者: Kitajima Yasuo;Suzuki Naoki;Yoshioka Kiyoshi;Izumi Rumiko;Tateyama Maki;Tashiro Yoshitaka;Takahashi Ryosuke;Aoki Masashi;Ono Yusuke;柴田 淳史;野村洋
• 通讯作者: 野村洋