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高速多ニューロン画像法を用いた構成的アプローチによる記憶固定メカニズムの解明

Research Project

Project/Area Number 09J10566
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Neuroscience in general
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

宇佐美 篤  東京大学, 大学院・薬学系研究科, 特別研究員(DC1)

Project Period (FY) 2009 – 2011
Project Status Completed (Fiscal Year 2011)
Budget Amount *help
¥2,800,000 (Direct Cost: ¥2,800,000)
Fiscal Year 2011: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
Fiscal Year 2010: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
Fiscal Year 2009: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000)
Keywordscalcium imaging / G-CaMP4 / neural circuit / 光生理学 / カルシウムイメージング
Research Abstract

1.GFPを用いたタンパク質性の蛍光Ca^<2+>センサーである改良型G-CaMPを用いることで、自由運動下での線虫神経筋活動をCa^<2+>イメージングする実験系を確立することに成功した。そして、運動方向が切り換わる際の線虫神経筋活動のイメージングと行動解析を通して、無脊椎動物である線虫においてもドパミンが方向交替時の円滑化に関わることを見出した。行動のモードの交替に先行してドパミンニューロンが活性化することを見出したことから、線虫における意思決定様の調節にドパミンが関与していることが示唆された。今回の知見は、行動を制御する神経回路メカニズムの研究を進めるにあたって、進化上保存された構成要素を有しながらもシンプルな構造をもつ生物である線虫C.elegansの有用性を示すとともに、意思や自発性の進化的な根源ならびに行動の切替の円滑化に関わるメカニズムを探求する上でも、重要な知見になることが予想される。
2.海馬歯状回の独立した2部位に電気刺激を行い、海馬体CA1野での神経応答をカルシウムイメージングにより観察した。2部位の同時刺激によってのみ発火するニューロン(AND-like neuron)や、片方のみの刺激では発火するものの同時刺激では発火しないニューロン(XOR-like neuron)が存在することを見出した。数理シミュレーションを用いて、海馬体の神経情報処理の可塑的変化に関する海馬CA3野の再帰的回路の重要性を見出すことに成功した(Kimura et al.2011)。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

神経活動を可視化する上での有用なツールである、GFPを用いたタンパク質性の蛍光Ca^<2+>センサーのG-CaMP4の開発に成功した。そして、当初の記憶の固定化に関するメカニズムについては探究が及ばなかったが、それ以上に、行動中の神経活動の記録によって意思や心の進化的な起源に迫る結果を得た点については、大きな業績を上げることができたと考えられる。

Strategy for Future Research Activity

現時点では行動切替時の神経活動に注目しているが、今後は高次機能である記憶についても、形成段階、固定段階、想起段階における神経調節機構を、イメージングや行動解析によって克明に解明していくことが可能であると考えられる。

Report

(3 results)
  • 2011 Annual Research Report
  • 2010 Annual Research Report
  • 2009 Annual Research Report
  • Research Products

    (15 results)

All 2012 2011 2010 2009 Other

All Journal Article (5 results) (of which Peer Reviewed: 5 results) Presentation (10 results)

  • [Journal Article] Hippocampal polysynaptic computation2011

    • Author(s)
      Kimura, R., Kang, S., Takahashi, N., Usami, A., Matsuki, N., Fukai, T., Ikegaya, Y.
    • Journal Title

      The Journal of Neuroscience

      Volume: 31 Issue: 37 Pages: 13168-13179

    • DOI

      10.1523/jneurosci.1920-11.2011

    • Related Report
      2011 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Scale-free topology of the CA3 hippocampal network : a novel method to analyze functional neuronal assemblies.2010

    • Author(s)
      X.Li, G Ouyang, A.Usami, Y.Ikegaya, A.Sik
    • Journal Title

      Biophysical Journal

      Volume: 98 Pages: 1733-1741

    • Related Report
      2010 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] High-temperature, but not high-pressure, conditions alter neuronal activity.2009

    • Author(s)
      M.Mizunuma, N.Takahashi, A.Usami, N.Matsuki, Y.Ikegaya.
    • Journal Title

      Journal of Pharmaceutical sciences 110

      Pages: 117-121

    • Related Report
      2009 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Scale-free topology of the CA3 hippocampal network : a novel method to analyze functional neuronal assemblies.

    • Author(s)
      X.Li, G.Ouyang, A.Usami, Y.Ikegaya, A.Sik
    • Journal Title

      Biophysical Journal (in press)

    • Related Report
      2009 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Fluorescent pipettes for optically targeted patch-clamp recordings.

    • Author(s)
      D.Ishikawa, N.Takahashi, T.Sasaki, A.Usami, N.Matsuki, Y.Ikegaya
    • Journal Title

      Neural Networks (in press)

    • Related Report
      2009 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 改良型G-CaMPを用いた線虫運動出力系の神経調節機構の解明2012

    • Author(s)
      宇佐美篤、安藤恵子、大倉正道、池谷裕二、中井淳一、松木則夫
    • Organizer
      第132回日本薬学会年会
    • Place of Presentation
      札幌
    • Year and Date
      2012-03-30
    • Related Report
      2011 Annual Research Report
  • [Presentation] Functional analysis of neuromuscular circuit using high-resolution in vivo Ca^<2+> imaging in C.elegans2011

    • Author(s)
      安藤恵子、宇佐美篤、永村ゆう子、吉田有花、松木則夫、池谷裕二、中井淳一
    • Organizer
      第34回日本分子生物学会年会
    • Place of Presentation
      横浜
    • Year and Date
      2011-12-13
    • Related Report
      2011 Annual Research Report
  • [Presentation] 蛍光カルシウムセンサーG-CaMP4を用いたin vivoとin vitroイメージング2011

    • Author(s)
      宇佐美篤、安藤恵子、永村ゆう子、吉田有花、松木則夫、池谷裕二、中井淳一
    • Organizer
      第34回日本神経科学大会Neuro2011
    • Place of Presentation
      横浜
    • Year and Date
      2011-09-16
    • Related Report
      2011 Annual Research Report
  • [Presentation] in vivo Ca^<2+> imagingを用いた線虫運動出力系の調節機構の解明2011

    • Author(s)
      宇佐美篤、安藤恵子、池谷裕二、中井淳一、松木則夫
    • Organizer
      日本薬学会薬理部会次世代を担う創薬・医療薬理シンポジウム2011
    • Place of Presentation
      東京
    • Year and Date
      2011-08-31
    • Related Report
      2011 Annual Research Report
  • [Presentation] High-resolution in vivo Ca^<2+> imaging of neuromuscular system in Caenorhabditis elegans2011

    • Author(s)
      K.Gengyo-Ando, A.Usami. Y.Nagamura, Y.Yoshida, N.Matsuki, Y.Ikegaya, J.Nakai
    • Organizer
      18th International C.elegans Meeting
    • Place of Presentation
      UCLA、アメリカ
    • Year and Date
      2011-06-24
    • Related Report
      2011 Annual Research Report
  • [Presentation] in vivo記録データから神経回路を考える2010

    • Author(s)
      宇佐美篤、池谷裕二
    • Organizer
      立命館大学シンポジウム感覚器と神経回路のサイエンス
    • Place of Presentation
      神戸
    • Year and Date
      2010-09-17
    • Related Report
      2010 Annual Research Report
  • [Presentation] 新規蛍光Ca^<2+>センサーG-CaMP4を用いた生体Ca^<2+>の画像化2010

    • Author(s)
      宇佐美篤、安藤恵子、大倉正道、池谷裕二、松木則夫、中井淳一
    • Organizer
      次世代を担う創薬・医療薬理シンポジウム2010
    • Place of Presentation
      京都
    • Year and Date
      2010-09-11
    • Related Report
      2010 Annual Research Report
  • [Presentation] 蛍光カルシウムセンサーG・CaMP4を用いたin vivoとin vitroイメージング2010

    • Author(s)
      宇佐美篤、安藤恵子、大倉正道、池谷裕二、松木則夫、中井淳一
    • Organizer
      第33回日本神経科学大会 Neuro2010
    • Place of Presentation
      神戸
    • Year and Date
      2010-09-04
    • Related Report
      2010 Annual Research Report
  • [Presentation] Detecting single action potentials with the improved genetically encoded Ca^<2+> probe G-CaMP.2009

    • Author(s)
      A.Usami, Y.Ikegaya, N.Matsuki, J.Nakai
    • Organizer
      第38回北米神経科学会年会
    • Place of Presentation
      シカゴ
    • Year and Date
      2009-10-18
    • Related Report
      2009 Annual Research Report
  • [Presentation] 蛍光Ca^<2+>センサタンパク質G-CaMP4の開発2009

    • Author(s)
      宇佐美篤、池谷裕二、松木則夫、中井淳一
    • Organizer
      第32回日本神経科学大会Neuro2009
    • Place of Presentation
      名古屋
    • Year and Date
      2009-09-18
    • Related Report
      2009 Annual Research Report

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Published: 2009-04-01   Modified: 2024-03-26  

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