Lee et al Nature 2021 プレスリリース

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＜研究の内容＞

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本研究では、マウスに「匂いA→砂糖水」、「匂いB→キニーネ水（苦水）」という体験（連合記憶課題）を学習させました。砂糖水は甘いので、マウスは匂いAには舌舐め反応をするようになりますが、キニーネ水は苦いので匂いBには舌舐め反応をしなくなります。学習後、匂いC→砂糖水, 匂いD→キニーネ水, …のように次々と新しい匂いを学習させ、その間に嗅内皮質（特に外側嗅内皮質と呼ばれる領域）の脳活動の記録を行いました。脳活動の記録には光遺伝学法注3）を用い、嗅内皮質の扇状細胞と呼ばれる神経細胞から活動電位を記録しました。その結果、嗅内皮質の扇状細胞は、砂糖水に連合した匂い群と、キニーネ水に連合した匂いのそれぞれにグループ化することが明らかになりました。光遺伝学法を用い、扇状細胞の活動を止めてしまうとマウスは新しい連合記憶ができなくなります。扇状細胞は、「舌舐めをするべきか、しないべきか」というマウスにとって必要な反応ごとに、新しい情報の整理を行ったうえで、記憶の定着を行っていると考えられます。

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さらに、扇状細胞がどのように情報の整理をおこなっているのかを、カルシウムイメージング法注4）という手法を用いて調べました。その結果、砂糖水をもらえる匂い群をマウスが嗅いだときにだけ、脳の快楽物質として知られるドーパミンが嗅内皮質に放出されていることが明らかになりました。すなわち、砂糖水がもらえる「うれしい体験」があることをドーパミンが嗅内皮質の扇状細胞に教えていたのです。光遺伝学法を用い、ドーパミンの放出を止めてしまうと扇状細胞の活動が低下し、マウスは新しい連合記憶ができなくなってしまいました。ドーパミン信号が学習の際に、扇状細胞の活動を活性化させる起爆剤となることで、記憶の定着化を行っていると考えられます。ドーパミンはこれまで、線条体・前頭葉と呼ばれる脳領域での存在が知られていましたが、今回の研究は、脳の記憶領域である嗅内皮質でドーパミンが直接記憶を作り出しているという驚きの新発見となりました。