海馬ＣＡ３錐体細胞の樹状突起における情報処理メカニズムの解明

• Project/Area Number: 13J10658
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Neuroscience in general
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 小林 千晃 東京大学, 薬学系研究科, 特別研究員(DC1)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2016-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2015)
• Budget Amount: ¥3,600,000 (Direct Cost: ¥3,600,000); Fiscal Year 2015: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000); Fiscal Year 2014: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000); Fiscal Year 2013: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000)
• Keywords: 神経細胞 / 樹状突起 / カルシウムイメージング / シナプス / カルシウム / 光学イメージング

Outline of Annual Research Achievements

申請研究では、海馬CA3の錐体細胞は、シナプス入力の時空間パターンを情報として読み取り、さらに情報演算を行っていると考えている。特に、海馬CA3の機能は、樹状突起の領域ごとにシナプス入力の時空間的なまとまりの程度を変えることで実行されるという仮説を立て検証している。
申請研究では、上記仮説検証のため機能的多スパインカルシウム画像法の高速化を実現した。その結果、海馬CA3錐体細胞の樹状突起は受け取ったシナプス入力の内一部だけを細胞体へ伝えていることを発見した。すなわち、大部分のシナプス入力が樹状突起上で無効化されているのである。
また、シナプス入力の無効化にはGABA性のシナプス入力が関わっていることも明らかにした。さらに、GABA性入力によるシナプス入力の無効化は樹状突起の局所で行われていることがわかった。
シナプス入力の時空間パターンとシナプス入力の無効化との関係を検証した。樹状突起は、同期シナプス入力を情報の単位としている。そのため、抑制性シナプス入力は特定の同期シナプス入力を無効化することで、一部の情報だけを細胞体へ伝えているのではないかと考えた。この可能性を検証するために、クラスタリング解析とロジスティック回帰分析を用いた。その結果、樹状突起上にはシナプス入力が細胞体に伝わる同期シナプス集団と細胞体に伝わらない同期シナプス集団が存在することがわかった。本結果は、神経細胞が樹状突起で情報の選別をしていることを意味している。

Research Progress Status

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Subcellular imbalances in synaptic activity (2016)
  • Author(s): Takahashi, N., Kobayashi, C., Ishikawa, T., Ikegaya, Y
  • Journal Title: Cell Reports Volume: 14 Issue: 6 Pages: 1348-1354
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2016.01.024
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Accurate detection of low signal-to-noise ratio neuronal calcium transient waves using a matched filter (2015)
  • Author(s): Szymanska, A. F., Kobayashi, C., Norimoto, H., Ishikawa, T., Ikegaya, Y., Nenadic, Z
  • Journal Title: Journal of Neuroscience Methods Volume: 259 Pages: 1-12
  • DOI: 10.1016/j.jneumeth.2015.10.014
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Ex vivo cultured neuronal networks emit in vivo-like spontaneous activity (2014)
  • Author(s): Okamoto K, Ishikawa T, Abe R, Ishikawa D, Kobayashi C, Mizunuma M, Norimoto N, Matsuki N and Ikegaya Y
  • Journal Title: Journal of Physiological Sciences Volume: 64 Issue: 6 Pages: 421-31
  • DOI: 10.1007/s12576-014-0337-4
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Large-scale imaging of subcellular calcium dynamics of cortical neurons with G-CaMP6-actin (2014)
  • Author(s): 小林千晃, 他
  • Journal Title: Neuroreport Volume: 25(7) Issue: 7 Pages: 501-506
  • DOI: 10.1097/wnr.0000000000000126
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 抑制性シナプス入力による興奮性シナプス入力の無効化 (2014)
  • Author(s): 小林千晃、松木則夫、池谷裕二
  • Organizer: 第37回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: 横浜
  • Year and Date: 2014-09-11
• [Presentation] シナプス活動の時空パターン (2014)
  • Author(s): 池谷裕二、小林千晃、高橋直矢
  • Organizer: 電気学会 電子・情報・システム部門大会
  • Place of Presentation: 松江
  • Year and Date: 2014-09-05
• [Presentation] Inhibitory inputs invalidate excitatory dendritic inputs (2014)
  • Author(s): Kobayashi C, Ikegaya Y
  • Organizer: 9th FENS Forum of Neuroscience
  • Place of Presentation: Milan, Italy
  • Year and Date: 2014-07-06
• [Presentation] 樹状突起によるシナプス前細胞集団のフィルタリング (2014)
  • Author(s): 小林千晃, 他
  • Organizer: 日本薬学会 134年会
  • Place of Presentation: 熊本大学(熊本県)
  • Year and Date: 2014-03-30
• [Presentation] Dendritic filtration of presynaptic cell assemblies (2013)
  • Author(s): 小林千晃, 他
  • Organizer: 第43回北米神経科学会年会
  • Place of Presentation: San Diego, CA, USA
  • Year and Date: 2013-11-13
• [Presentation] Dendritic Filtering of Presynaptic Cell Assemblies (2013)
  • Author(s): 小林千晃, 他
  • Organizer: FENS Featured Regional Meeting
  • Place of Presentation: Prague, Czech Republic
  • Year and Date: 2013-09-14
• [Presentation] Dendritic filtration of presynaptic cell assemblies (2013)
  • Author(s): 小林千晃, 他
  • Organizer: 「神経生理学および医療データの統計解析」に関するワークショップ
  • Place of Presentation: 京都大学(京都府)
  • Year and Date: 2013-07-09
• [Presentation] 海馬CA3錐体細胞樹状突起におけるシナプス活動の時空間構造 (2013)
  • Author(s): 小林千晃, 他
  • Organizer: Neuro2013
  • Place of Presentation: 国立京都国際会館(京都府)
  • Year and Date: 2013-06-21
• [Remarks] 東京大学薬学部薬品作用学教室
  • URL: http://yakusaku.jp/index.html
• [Remarks] 東京大学大学院薬学系研究科 薬品作用学教室
  • URL: http://www.yakusaku.jp/