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Research topics

1. Study to investigate Mechanisms for the reactivation of synaptic plasticity of the primary sensory cortex during adulthood.

Studies on how human sensory information is processed in the brain and how neural circuits respond and change in response to the stimulus has been steadily conducted. Among them, activity-dependent synaptic plasticity (experience-dependent synaptic plasticity) plays a very important role in constructing neural circuits in the brain and determining their functions. In addition, this activity-dependent synaptic plasticity is known to be robust only during the critical period during the early developmental stage. Still, recent reports suggest that it can be reactivated even after adulthood. Among them, it is known that neuroplasticity can be specifically induced in the adult cerebrum when sensory nerve information is blocked, such as peripheral nerve damage or limb amputation. However, the exact cerebral location or mechanism is still unknown. In this laboratory, we investigate the reactivation mechanism of the thalamocortical circuit in the primary somatosensory cortex in the unilateral peripheral nerve injury model using multimodal research tools such as brain slice patch-clamp recording, in vivo field potential recording, optogenetics-combined behavioural and molecular biological methods. In conclusion, our study aims to identify a mechanism that can dramatically improve learning/cognitive ability by reactivating the synaptic plasticity of the neocortex in adulthood, when learning/cognitive ability is significantly reduced compared to adolescence. Through this, it is thought to provide a theoretical basis for preventing/treating the decline in learning/cognitive ability that occurs in developmental disorders or degenerative brain diseases, and furthermore, maintaining the cognitive/learning ability similar to that of adolescence in adulthood.

2. A study on the processing mechanism of the perceptual decision-making based on the cortical plasticity 

Decision-making is one of the important cognitive functions that guide the selection of appropriate options among competing alternatives. In decision-making, selection is made according to the weight of values related to preference, and the evaluation of preferred behavior is made through interpretation of environmental information through sensory perception. This decision-making process is mediated by information flows through multiple brain regions from the sensory cortex to the prefrontal cortex. Sensory information that has undergone this processing is processed in the prefrontal cortex and becomes involved in value- and reward-based decision-making. Considering the close relationship between perception of sensory information and decision-making, S1 has been thought to play an important role in primary sensory, which is involved in perceptual decision-making. Therefore, in this laboratory, we are studying the sensory signal-based decision-making process using the head-fixed texture discrimination behavioral test. Through this, ① the role of the cerebral sensory cortex in decision-making is identified, and ② effective biomarkers directly related to decision-making behavior are discovered through real-time measurement of brain nerve activity.

3. Study for the process of pathological pain in primary sensory neurons.

Another research topic that we are conducting in our laboratory is the study of ion channels that induce pathological pain in peripheral sensory neurons. Although many studies on pain have been conducted, the electrophysiological and neurobiological mechanisms of peripheral sensitization have not yet been elucidated. In our laboratory, we are investigating the ion channels involved in pain sensation transmission by isolating dorsal root sensory ganglion cells from mice and studying changes in ion channel activity caused by inflammatory mediators.