嫌な経験がどのように神経回路とその表現を変化させて情動の記憶が形成されるかを研究しています。

Joshua JohansenJoshua Johansen

Joshua Johansen, Ph.D.

学習・記憶神経回路研究チーム チームリーダー
joshua.johansen [at] riken.jp

研究内容

私たちが日々経験する出来事は、脳内に生理的な変化をもたらし、その結果として記憶が形成されます。しかし、私たちは日常生活において絶え間なく感覚的情報を浴び続ける中で、そのほとんどを覚えていません。それでは「多くの経験が忘れ去られてしまう一方で,なぜ特定の経験だけが記憶として脳内に貯蔵されるのでしょうか?」その問いに答えることが当チームの最終目標です。

快い経験や不快な経験は、脳に対して、いつその経験が記憶され、そして思い出されるべきであるのかを伝え、記憶の貯蔵が生じる強力なきっかけを作ります。その際、快・不快に関する体験は記憶の形成をもたらす脳内変化を引き起こす、「神経教師信号(teaching signal)回路」を活性化させるのです。感覚や運動に関する神経回路に比べて、嫌悪的経験が神経教師信号へと変換される脳内回路およびそのメカニズムについては、現在のところ全く研究が進んでいません。 私たちは連合学習とその記憶の神経回路メカニズム一般に関心がありますが、特に嫌悪的経験が行動的恐怖条件づけを引き起こす神経プロセスについて検討することで、教師信号の研究に焦点を当てています。そのため、我々は哺乳類における嫌悪的記憶を行動レベルで研究するのに最適なモデルであり、よって嫌悪的な教師信号回路とそのメカニズムについて調べるための理想的なシステムである恐怖条件づけを行動課題として用います。当研究チームでは、教師信号回路を直接操作するための最先端のオプトジェネティクス(光遺伝学)法、そして学習中に回路内のニューロンによって行われる情報処理計算について調べるための in vivo(生体内)電気生理学的手法を含む複合的アプローチを用います。

私たちの研究目標は、嫌悪的記憶の形成をもたらす神経回路、回路を形成する各部位の神経細胞による情報処理の計算論、神経回路活動とその計算論の関係性、そして嫌悪的経験が記憶貯蔵領域における神経可塑性をもたらすメカニズムを明らかにすることです。このような研究を通して、私たちは適応的行動に関与する神経回路機能の一般原理、そして神経における情報コードや可塑性を明らかにすることを目指し、その成果を不安障害や慢性疼痛症に対する新しい治療法の提案に繋げていきたいと考えています。

キーワード

主要論文

  1. Uematsu, A., Tan, B.Z., Ycu, E.A., Sulkes, J., Koivumaa, J., Junyent, F., Kremer, E.J., Witten, I.B., Deisseroth, K. and Johansen, J.P.
    "Modular Organization of the Brainstem Noradrenaline System Coordinates Opposing Learning States."
    Nature Neuroscience. In press
    10.1038/nn.4642
  2. Ozawa, T., Ycu, E.A., Kumar, A., Yeh. L-F., Ahmed, T., Koivumaa, J., and Johansen, J.P.
    "A feedback neural circuit for calibrating aversive memory strength."
    Nature Neuroscience 2017, 20(1): 90-97
    10.1038/nn.4439
  3. Madarasz, T.J., Diaz-Mataix, L., Akhand, O., Ycu, E.A., LeDoux, J.E., Johansen, J.P.
    "Evaluation of ambiguous associations in the amygdala by learning the structure of the environment."
    Nature Neuroscience, 2016, 19, 965–972
    10.1038/nn.4308
  4. Johansen, J.P., Diaz-Mataix, L., Hamanaka, H. Ozawa, T., Ycu, E., Koivumaa, J., Kumar, A., Hou, M., Deisseroth, K., Boyden, E. & LeDoux, J.E.:
    "Hebbian and neuromodulatory mechanisms interact to trigger associative memory formation."
    Proceedings of the National Academy of Sciences 111(51):E5584-92 (2014)
    10.1073/pnas.1421304111
  5. Herry, C & Johansen, J.P.:
    "Encoding of fear learning and memory in distributed neural circuits."
    Nature Neuroscience, 17(12):1644-54 (2014)
    10.1038/nn.3869
  6. Johansen, J.P.:
    "Anxiety is the sum of its parts."
    Nature, 496 (7444):174-5 (2013)
    10.1038/nature12087
  7. Johansen, J.P., Ostroff, L., Cain, C.K., LeDoux, J.E.:
    "Molecular mechanisms of fear learning and memory."
    Cell, 147: 509-524 (2011)
    10.1016/j.cell.2011.10.009
  8. Johansen, J.P., Tarpley, J.W., Ledoux, J.E., Blair, H.T.:
    "Neural substrates for expectancy-modulated fear learning in the amygdala and periaqueductal gray."
    Nature Neuroscience, 13: 979-986 (2010)
    10.1038/nn.2594
  9. Johansen, J.P., Hamanaka, H., Monfils, M.H., Behnia, R., Deisseroth, K., Blair, H.T., LeDoux, J.E.:
    "Optical activation of lateral amygdala pyramidal cells instructs associative fear learning."
    Proceedings of the National Academy of Sciences, 107(28): 12692-12697 (2010)
    10.1073/pnas.1002418107
  10. Johansen, J.P. & Fields, H.L.:
    "Glutamatergic activation of anterior cingulate cortex produces an aversive teaching signal."
    Nature Neuroscience, 7(4):398-403 (2004)
    10.1038/nn1207