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システム脳科学分野

神経回路情報伝達機構部門 <Laboratory of Neural Information>

研究室代表者名:櫻井 芳雄 Yoshio Sakurai,Ph.D.
部門長:櫻井 芳雄<Yoshio Sakurai,Dr.>
脳科学の究極目標は心の科学的解明だとよく言われます。しかし、具体的に脳の何をどのように解明すればよいのでしょうか? 私達は、心とは脳の情報表現と情報処理であると考えます。そして脳が特定の情報を表現し処理している時、すなわち動物が特定の課題を行っている時、どのような神経細胞から成るどのような神経回路が、脳のどこでどのように活動しているのか、行動実験(オペラント条件づけ)、電気生理学(マルチニューロン活動の記録)、脳組織化学(免疫染色)、遺伝子改変と光遺伝学(オプトジェネティクス)などを組み合わせて調べています。
研究対象は、いわゆる高次機能であり、外部刺激の認知、多様な記憶の形成、状況の判断、報酬の予測、などです。研究する脳部位は、海馬、扁桃体、基底核、連合野、運動野、感覚野などさまざまです。例えば、異なる記憶課題を次々学習しているラットやマウスの脳からマルチニューロン活動を記録したり、その活動の増減を学習させることで、情報を表現する神経細胞集団「セル・アセンブリ」の実態と可塑性を明らかにしています。これは同時に、ブレイン-マシン・インタフェースの基礎研究でもあります。また、嗅覚系をモデルとして、脳が外部刺激に対し経験や体内状態に依存した情報処理を行うメカニズムについて、電気生理学的手法と光遺伝学・分子生物学的手法を組み合わせ解明しようとしています。さらに、脳内の情報がどのように柔軟な行動に活かされるのか知るために、前頭皮質から皮質下への出力回路の活動を電気生理学的に記録し、さらにそれを光遺伝学により操作することで、そこでの情報表現の実態と行動との因果関係を研究しています。

研究テーマ

  1. 情報の表現と変容を担うセル・アセンブリのダイナミクス
  2. 嗅覚記憶の形成と動機づけ行動の神経回路メカニズム
  3. 適応行動における前頭葉-皮質下回路の役割とメカニズム

主要論文

  1. Hirokawa, J., Vaughan, A., Masset, P., Ott,T. and Kepecs, A. (2019) Frontal cortex neuron types categorically encode single decision variables. Nature, 576, 446-451.
  2. Yuki, S., Sakurai, Y. and Okanoya, K. (2019) The utility of internal cognitive states as discriminative cues affecting behavioral adaptation in humans and animals. Animal Behavior and Cognition, 6, 262-272.
  3. Nakazono, T., Takahashi, S. and Sakurai, Y. (2019) Enhanced theta and high-gamma coupling during late stage of rule switching task in rat hippocampus. Neuroscience, 412, 216-232.
  4. Murata, K., Kinoshita, T., Fukazawa, Y., Kobayashi, K., Kobayashi, K., Miyamichi, K., Okuno, H., Bito, H., Sakurai, Y., Yamaguchi, M., Mori, K and Manabe, H. (2019) GABAergic neurons in the olfactory cortex projecting to the lateral hypothalamus in mice Scientific Reports, 9(7132), 1-14.
  5. Osako, Y., Sakurai, Y. and Hirokawa, J. (2018) Subjective decision threshold for accurate visual detection performance in rats. Scientific Reports, 8(9357), 1-10.
  6. Sakurai, Y., Osako, Y., Tanisumi, Y., Ishihara, E., Hirokawa, J. and Manabe, H. (2018) Multiple approaches to the investigation of cell assembly in memory research-present and future. Frontiers in Systems Neuroscience, 12(21),1-11.
  7. Katori, K., Manabe, H., Nakashima, A., Eer, D., Sasaki, T., Ikegaya, Y. and Takeuchi, H.(2018) Sharp wave-associated activity patterns of cortical neurons in the mouse piriform cortex. European Journal of Neuroscience, 48, 3246-3254.
  8. Watakabe, A. and Hirokawa, J.(2018) Cortical networks of the mouse brain elaborate within the gray matter. Brain Structure and Function, 223, 3633–3652.
  9. Terada, S., Sakurai, Y., Nakahara, H. and Fujisawa, S. (2017) Temporal and rate coding for discrete event sequences in the hippocampus. Neuron, 94, 1248-1262.
  10. Ishino, S., Takahashi, S., Ogawa, M. and Sakurai, Y. (2017) Hippocampal-prefrontal theta phase synchrony in planning of multi-step actions based on memory retrieval. European Journal of Neuroscience, 45, 1313-1324.

メンバー

櫻井 芳雄(教授):Yoshio Sakurai, Ph.D. (Principal investigator, Professor)
眞部 寛之(准教授):Hiroyuki Manabe, Ph.D. (Research associate professor)
廣川 純也(准教授):Junya Hirokawa, Ph.D. (Research associate professor)

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