Neural regulatory mechanism of memory formation and erasure during sleep

睡眠过程中记忆形成和消除的神经调节机制

基本信息

批准号：
18KK0223
负责人：
山中章弘
金额：
$ 11.56万
依托单位：
Nagoya University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Fund for the Promotion of Joint International Research (Fostering Joint International Research (B))
财政年份：
2018
资助国家：
日本
起止时间：
2018-10-09 至 2022-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

メラニン凝集ホルモン(MCH)神経の生理的役割解明のために、光で神経活動を操作可能にする光遺伝学を適用可能な遺伝子改変マウスを独自に作出した。このマウスを用いて、MCH神経を光で活性化させたところ、レム睡眠時間が約3倍に増加することを見いだした。MCH神経を時期特異的に脱落可能な遺伝子改変マウスを作成し、睡眠覚醒調節への影響を解析した。しかし、これらのマウスでは期待されたレム睡眠時間の減少は認められなかった。このことは、MCH神経は、レム睡眠の開始などには必須ではなく、レム睡眠時に別の生理機能を担っている可能性を示唆していた。組織化学的解析からMCH神経が記憶に重要な海馬に密に投射していることを見いだしたため、レム睡眠時の記憶制御に関わっている可能性が考えられた。そこで、新奇物体認識試験や、水迷路を用いてMCH神経脱落マウスの認識記憶や空間学習記憶を評価したところ、MCH神経脱落マウスの記憶と保持が対照群マウスと比べていずれの試験においても有意に向上していることを見いだした。脱落とは逆に光遺伝学や、薬理遺伝学を用いてMCH神経を活性化すると、記憶が抑制・消失された。このことは、MCH神経活動が記憶抑制・消去に働いていることを示している。そこで、MCH神経の活動についてSRIの共同研究者であるKilduff博士と超小型内視鏡を用いて記録し、解析したところ、MCH神経には覚醒時に活動するタイプ、レム睡眠時に活動するタイプ、覚醒時とレム睡眠時の両方で活動する3タイプが認められた。光遺伝学を用いて、脳状態依存的なMCH神経活動の抑制を行ったところ、レム睡眠時に抑制した時だけに記憶が向上した。これらの結果はレム睡眠時に活動するMCH神経が記憶消去に関わっていることを示している（Izawa et al., Science 2019）。

为了阐明黑色素浓缩激素（MCH）神经元的生理作用，我们独立创建了可以应用光遗传学的转基因小鼠，从而可以用光来操纵神经元活动。当他们用光激活这些小鼠的 MCH 神经时，他们发现它们的 REM 睡眠时间增加了大约三倍。我们培育了能够以特定时间方式摆脱 MCH 神经的转基因小鼠，并分析了它们对睡眠-觉醒调节的影响。然而，在这些小鼠中并没有观察到预期的快速眼动睡眠时间减少。这表明MCH神经对于快速眼动睡眠的启动并不是必需的，但在快速眼动睡眠期间可能具有其他生理功能。组织化学分析显示，MCH 神经元密集投射到海马体，这对记忆很重要，这表明它们可能参与快速眼动睡眠期间的记忆控制。因此，当我们使用新颖的物体识别测试和水迷宫来评估MCH神经缺陷小鼠的识别记忆和空间学习记忆时，我们发现MCH神经缺陷小鼠的记忆和保留在所有测试中均显着高于对照组小鼠我们发现有改善。相反，当使用光遗传学或药物遗传学激活 MCH 神经时，记忆就会被抑制或消除。这表明MCH神经活动在记忆抑制和擦除中发挥作用。因此，我们与SRI的共同研究员Kilduff博士使用显微内窥镜记录并分析了MCH神经的活动，发现MCH神经有两种类型：一种是在清醒时活跃的，一种是在清醒时活跃的。一种在快速眼动睡眠期间活跃，一种在清醒期间活跃。已确定三种类型在睡眠和快速眼动睡眠期间都活跃。当我们使用光遗传学以大脑状态依赖的方式抑制 MCH 神经活动时，只有在快速眼动睡眠期间受到抑制时，记忆力才会改善。这些结果表明，REM 睡眠期间活跃的 MCH 神经元参与记忆擦除（Izawa 等人，Science 2019）。

项目成果

期刊论文数量（108）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Opposing Ventral Striatal Medium Spiny Neuron Activities Shaped by Striatal Parvalbumin-Expressing Interneurons during Goal-Directed Behaviors.

DOI：
10.1016/j.celrep.2020.107829
发表时间：
2020-06
期刊：
Cell reports
影响因子：
8.8
作者：
Keitaro Yoshida;I. Tsutsui-Kimura;Anna Kono;A. Yamanaka;Kenta Kobayashi;Masahiko Watanabe;M. Mimura;Kenji F. Tanaka
通讯作者：
Keitaro Yoshida;I. Tsutsui-Kimura;Anna Kono;A. Yamanaka;Kenta Kobayashi;Masahiko Watanabe;M. Mimura;Kenji F. Tanaka

Regulatory mechanism of sleep/wakefulness and memory by the hypothalamic neurons

下丘脑神经元对睡眠/觉醒和记忆的调节机制

DOI：
发表时间：
2018
期刊：
影响因子：
0
作者：
Yamanaka A;Yamanaka A;山中章弘
通讯作者：
山中章弘

研究成果のプレスリリースeLife2019b

研究结果新闻稿 eLife2019b

DOI：
发表时间：
期刊：
影响因子：
0
作者：
通讯作者：

腹側被蓋野(VTA)のGABA作動性神経はノンレム睡眠を調節する

腹侧被盖区 (VTA) 的 GABA 能神经元调节 NREM 睡眠

DOI：
发表时间：
2018
期刊：
影响因子：
0
作者：
Nagano C;Yamamura T;Horinouchi T;Aoto Y;Ishiko S;Sakakibara N;Shima Y;Nakanishi K;Nagase H;Iijima K;Nozu K.;山中章弘
通讯作者：
山中章弘

睡眠覚醒調節におけるオレキシンの役割

食欲素在睡眠-觉醒调节中的作用