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

基本信息

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

项目摘要

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。

为了研究某个神经回路的功能，当神经回路有缺陷时进行实验来检查表达系统，或者详细研究神经回路的活动是有效的。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特征性神经活动。然而，很难因果地验证神经回路的详细活动在处理记忆和认知功能中的作用。因此，在本研究中，我们将通过闭环控制精确控制神经活动，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，需要让小鼠在头部固定的情况下执行记忆和学习任务。首先，我们建立了一项任务，向固定头部的小鼠提供各种感觉刺激的组合，以形成联想记忆。结果，记忆形成和检索被证实为在条件刺激呈现时表达条件反应。此外，我们还致力于建立神经活动成像系统来测量这些小鼠广泛大脑区域的神经活动。我们研究了荧光钙传感器jGCaMP8的基因导入和成像条件，并成功地以高灵敏度测量其活性。同时，我们引入了红光敏感离子通道 Chrimson，利用光遗传学来操纵神经活动。通过红光照射，我们能够观察到jGCaMP的荧光强度增加。另外，在不导入Chrimson的情况下照射红光时，没有观察到jGCaMP的荧光强度的增加，这表明荧光强度的增加是由于Chrimson的活化造成的。人们认为，通过使用通过一系列实验建立的设置，将有可能验证记忆与神经活动之间的因果关系。