| Project Area | Holism in neuroscience: Large-scale recording and simulation |
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| Project/Area Number |
21H05135
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Transformative Research Areas (B)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Review Section |
Transformative Research Areas, Section (III)
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| Research Institution | Tokyo Medical and Dental University |
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Principal Investigator |
Hira Riichiro 東京医科歯科大学, 大学院医歯学総合研究科, 准教授 (80712299)
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| Project Period (FY) |
2021-08-23 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥35,490,000 (Direct Cost: ¥27,300,000、Indirect Cost: ¥8,190,000)
Fiscal Year 2023: ¥10,920,000 (Direct Cost: ¥8,400,000、Indirect Cost: ¥2,520,000)
Fiscal Year 2022: ¥10,920,000 (Direct Cost: ¥8,400,000、Indirect Cost: ¥2,520,000)
Fiscal Year 2021: ¥13,650,000 (Direct Cost: ¥10,500,000、Indirect Cost: ¥3,150,000)
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| Keywords | 大規模計測 / 2光子カルシウムイメージング / 電気生理学 / ドーパミン / 全体性 / 大規模データ / 2光子顕微鏡 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究は、大脳皮質・基底核・小脳・視床における高次機能を司る領域をターゲットとし、同時かつ多重に神経活動を計測し、高次領野間の連携機構を精査することで、脳の「全体性」の実体を解明する。そのために、世界最大視野の２光子顕微鏡を用いた10万細胞同時カルシウムイメージングを中心に、スキャン光遺伝学刺激、多点ファイバーフォトメトリ―法、高密度電極Neuropixelsを齧歯類の脳に対して合理的に併用し、様々な認知行動課題中の神経活動を多領域から大規模かつ慢性的に計測する。得られた大規模データを大規模シミュレーションの拘束条件とすることで、脳全体のダイナミクスを再現することを試みる。
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| Outline of Final Research Achievements |
In this study, we developed techniques for multiple recording and control of the cerebral cortex, basal ganglia, cerebellum, and superior colliculus, and applied these techniques to awake animals to advance systems neurophysiology. We established an experimental system for measuring dopamine concentration using fiber photometry and measured it in the striatum. We found striatum-location dependent dopamine dynamics during a reward-related task. By combining Neuropixels multi-point electrodes and a custom-made multi-point optical stimulation system, we measured neurons in the basal ganglia, cerebellum, and superior colliculus when the cortex was stimulated. We found a synchronization mechanisms of these structures. A Diesel2p mesoscope was developed for wide-field two-photon calcium imaging.
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| Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
本研究では神経伝達物質特異的な蛍光観察法、Neuropixels多点電極とDiesel2pメゾスコープによる脳深部構造と大脳皮質の多領野を含む大規模活動記録、光遺伝学による大脳皮質の多点刺激法の開発により、大脳皮質・大脳基底核・小脳・中脳を観察・制御下においた多重記録実験を構築し、脳の全体性原理の理解を進めることができた点で学術的意義がある。また、ドーパミンの基底核における役割はパーキンソン病などの病態解明に繋がらい、脳の広域ループ構造間の同期機構の解明は精神疾患の病態解明の新し視点を提供する意味で、社会的な意義がある。
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