筑波大學生命與環境科學研究生院的德永克男教授、研究生、日本學術振興會研究員(DC1)本田隆俊及其同事,創造了轉基因果蠅並直接改造了神經系統利用光和熱的電路。透過啟動它,我們成功地在活體個體的大腦中人為地形成獎勵記憶。我們已經闡明了大腦中組合和學習不同資訊的神經迴路機制。
在巴甫洛夫狗的「聯想學習」中,動物將引起習得行為的外部刺激(條件刺激)與引起先天反應的刺激(無條件刺激)聯繫起來,然後使用該記憶來創建基於條件的刺激。根據該記憶,可以從刺激中預測無條件刺激的存在。儘管這種經典的條件反射在動物界已被廣泛報導,但迄今為止,人們尚未對聯想學習行為背後的神經迴路進行全面的了解。
因此,在這項研究中,透過結合稱為光遺傳學和熱遺傳學的尖端技術,傳達氣味的神經迴路使用光,傳達獎勵的神經迴路使用熱,創造了一種基因改造果蠅,可以透過使用幼蟲作為模型,我們試圖識別支持聯想學習行為的神經迴路。
示範的結果發現,當基因改造幼蟲受到光和熱等物理刺激同時激活其神經迴路時,它們能夠人為地形成聯想記憶。這個實驗結果表明,理論上提出的聯想記憶的神經迴路實際上在活體個體的大腦中發揮作用。
在這項研究中,我們成功地確定了支持聯想學習的最小功能神經迴路單元,這有望成為一項新技術,使我們能夠在單一神經元層級上研究迴路。
此外,由於此實驗方法直接激活神經迴路,因此條件反射所需的時間顯著縮短,從而可以顯著改善傳統的行為實驗系統。人們認為這種方法可以應用於對被認為會導致學習和記憶功能損害的風險基因的行為分析,以及有效的藥物篩選。