脳内の情報伝達は、神経細胞の活動電位の伝達を中心に研究されてきた。活動電位はミリ秒単位の短い時間で伝播される一方、学習や記憶の成立には、時間・日といった単位の中長期的な時間がかかる。これまでにシナプス可塑性を制御する機序は主にスライス標本を用いて検証されてきたが、生体内で中長期的に生じる神経回路の変化を支える機序については不明な点が多い。本研究では、光イメージングを用いて神経細胞とグリア細胞の活動を中長期的に観測することにより、記憶学習に伴う神経回路の機能変化機序に迫りたい。シナプス長期増強(LTP)に代表されるシナプス伝達効率の変化には、環状アデノシン一リン酸(cAMP)のシグナル経路が神経細胞で活性化されることが重要であると知られている。その一方で、グリア細胞の一種であるアストロサイトのcAMPシグナル経路の過剰な活性化は記憶の定着を妨げるという報告もある。アストロサイトのCa2+上昇がシナプス可塑性を促進させる作用があることが解りつつある。そこで、本研究では、アセチルコリンやノルアドレナリンといった拡散性の神経修飾物質によって誘発される大脳皮質のcAMP動態を観測することにより、大脳皮質の広域で中長期的に生じる可塑的変化の作動原理の解明を目指す。具体的には、Ca2+センサーやcAMPセンサーを大脳皮質の神経細胞やグリア細胞に導入し、記憶学習タスク前後の挙動を観測する。グリア細胞は神経修飾物質に敏感に応答することが知られており、神経修飾物質の拡散性伝達による神経-グリア相互作用についても考察したい。