Project Area | Deciphering and Manipulating Brain Dynamics for Emergence of Behaviour Change in Multidimensional Biology |
Project/Area Number |
22H05161
|
Research Category |
Grant-in-Aid for Transformative Research Areas (A)
|
Allocation Type | Single-year Grants |
Review Section |
Transformative Research Areas, Section (III)
|
Research Institution | University of Yamanashi |
Principal Investigator |
喜多村 和郎 山梨大学, 大学院総合研究部, 教授 (60423159)
|
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
山崎 匡 電気通信大学, 大学院情報理工学研究科, 准教授 (40392162)
|
Project Period (FY) |
2022-06-16 – 2027-03-31
|
Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
|
Budget Amount *help |
¥132,860,000 (Direct Cost: ¥102,200,000、Indirect Cost: ¥30,660,000)
Fiscal Year 2024: ¥27,950,000 (Direct Cost: ¥21,500,000、Indirect Cost: ¥6,450,000)
Fiscal Year 2023: ¥24,310,000 (Direct Cost: ¥18,700,000、Indirect Cost: ¥5,610,000)
Fiscal Year 2022: ¥24,050,000 (Direct Cost: ¥18,500,000、Indirect Cost: ¥5,550,000)
|
Keywords | 神経科学 / 小脳 / 大脳 / 運動制御 / イメージング |
Outline of Research at the Start |
行動には必ず運動が伴い、行動変容は最終的には運動変化として表出される。本研究では、運動の制御や学習に必須な小脳に着目し、その多様な情報表現と行動変容の関係を解明する。マウスが行動変容課題を実行中に、顔面運動や全身運動をモニターして課題の学習と相関して変容する特徴的な低次元行動を抽出する。それと同時に、小脳および大脳のネットワーク活動をイメージングし、大脳-小脳連関と行動変容の関係を明らかにする。行動変容の情報表現を細胞レベルで明らかにする。実験データをもとに、スーパーコンピュータによる大規模神経回路シミュレーションを行う。これらを統合し、行動変容の表出を担う運動回路動態の全貌を解明する。
|
Outline of Annual Research Achievements |
(1)マウス行動変容課題中の多次元行動解析:誤差にもとづく小脳依存的学習を調べる課題として、マウスの水飲み行動の適応を調べる課題を確立した。マウスが音に反応してノズルを舐めると報酬として水を与えるという単純なオペラント課題を実行中に、ノズルの位置や呈示するタイミングを変えたり、報酬を与えなかったりすることで、感覚予測誤差や報酬予測誤差を誘発する。この課題を行っているマウスの顔面の運動をビデオで撮影し、深層学習モデル(DeepLabCut)を用いて解析した。その結果、マウスはこれらの変化に素早く適応し、予測的な舐め行動を変化させることがわかった。 (2)マウス行動変容課題中の大脳―小脳連関の解明:マクロ顕微鏡によって課題実行中の小脳あるいは大脳の広範囲の活動をでイメージングした。このために、食品ラップを用いた大きな観察用窓を作製する新たな方法を開発した。また脳の広範囲にカルシウムセンサーを発現する方法を確立した。開発した方法を用いて、運動課題実行中の大脳および小脳の広範囲で神経活動やグリア活動を高いS/N比で観察できることを確認した。 (3)行動変容課題中の神経情報表現の2光子イメージングによる解析:(1)で確立した行動課題を実行中のマウス小脳において、登上線維活動を2光子カルシウムイメージングで観察し、様々な誤差に対応すると思われる活動を同定しつつある。 (4)マウス行動変容の大規模脳身体シミュレーション:マウス行動変容を再現・予測するための脳身体シミュレーションプラットフォームの構築を開始した。
|
Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
マウス行動変容の多次元行動解析について、舐め行動中の顔面運動の解析方法は確立できた。課題実行中のマクロイメージングについてその方法を確立し、大脳及び小脳の広範囲にわたる神経活動とマウス行動の同時記録を可能にした。行動変容課題中の2光子カルシウムイメージングをすすめ、行動適応に必要な様々な予測誤差に対応すると思われる活動を同定しつつある。行動変容の大規模脳ー身体シミュレーションを行うためのプラットフォーム構築を計画通りに進めている。
|
Strategy for Future Research Activity |
マウス行動変容・行動適応の多次元行動解析と小脳あるいは大脳の神経活動2光子イメージング解析を進める。行動変容中の広域イメージング解析を進め、行動変容にかかわる脳の広域ネットワークの同定を進める。大規模脳ー身体シミュレーションプラットフォームを用いてマウス行動変容のシミュレーションを進める。
|
Report
(1 results)
Research Products
(9 results)