２光子イメージングを用いた脳内生成情報と外世界情報の統合による行動発現機構の解析

• Project/Area Number: 14J05343
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Neurophysiology / General neuroscience
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 寺田 晋一郎 京都大学, 生命科学研究科, 特別研究員(DC1)
• Project Period (FY): 2014-04-25 – 2017-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2016)
• Budget Amount: ¥2,800,000 (Direct Cost: ¥2,800,000); Fiscal Year 2016: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2015: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2014: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
• Keywords: 神経科学 / 2光子励起顕微鏡 / 脳・神経

Outline of Annual Research Achievements

領野間に渡る情報処理の理解は、脳という全体が１つのシステムとして機能している対象の理解には必須である。その為に、本研究では2光子カルシウムイメージングによる多領野間の情報処理機構の解明手法の開発と行動課題の開発をそれぞれ行う。
前年度は、対物レンズ下空間に挿入する、小型回転光学素子を開発し、０ｍｍから６ｍｍの任意距離離れた２カ所で同時に２光子カルシウムイメージングを可能とする方法論を新規に開発するとともに、内発性外発性レバー引き運動課題実行時のマウス運動野からの２光子カルシウムイメージングを実施し、課題関連細胞を同定した。
本年度は、小型回転光学素子にさらにピエゾ対物レンズマウントを組み合わせることで、２視野２層の計４視野イメージングへとさらに発展させた。また、これら系を組み合わせた実験を実施し、取得された神経活動の解析を進めることで、前肢関連運動野吻側部（ＲＦＡ）が前肢関連運動野背側部（ＣＦＡ）と比較し、内発性、外発性運動をより高精度にデコーディング可能なことを明らかとした。また、ＲＦＡ及びＣＦＡは機能的なネットワークを構成し、さらにそのネットワークの結合強度は個体状態依存的に変化することを明らかとした。これら結果は、課題状況依存的な脳領野間の動的なネットワークの再構成を示している。

Research Progress Status

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Neuronal processing of noxious thermal stimuli mediated by dendritic Ca2+ influx in Drosophila somatosensory neurons (2016)
  • Author(s): Shi-Ichiro Terada, Daisuke Matsubara, Koun Onodera, Masanori Matsuzaki, Tadashi Uemura, Tadao Usui
  • Journal Title: eLife Volume: 5
  • DOI: 10.7554/elife.12959
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Long-term two-photon calcium imaging of neuronal populations with subcellular resolution in adult non-human primates. (2015)
  • Author(s): Sadakane O., Masamizu Y., Watakabe A., Terada S., Ohtsuka M., Takaji M., Mizukami H., Ozawa K., Kawasaki H., Matsuzaki M., Yamamori T.
  • Journal Title: Cell Reports Volume: 13 Issue: 9 Pages: 1989-1999
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2015.10.050
  • NAID: 120005829368
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Distinct functional modules for discrete and rhythmic forelimb movements in the mouse motor cortex. (2015)
  • Author(s): Hira R., Terada S., Kondo M., Matsuzaki M.
  • Journal Title: Journal of Neuroscience Volume: 35 Issue: 39 Pages: 13311-13322
  • DOI: 10.1523/jneurosci.2731-15.2015
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 超視野２光子励起顕微鏡による運動野階層性情報処理機構の解析 (2017)
  • Author(s): 寺田晋一郎、松崎政紀
  • Organizer: 定量生物学の会 第８回年会
  • Place of Presentation: 岡崎カンファレンスセンター（岡崎市）
  • Year and Date: 2017-01-08
  • Invited
• [Presentation] 「文脈依存的な行動シフトを実現する大脳皮質運動回路の研究」 (2016)
  • Author(s): 寺田晋一郎、松崎政紀
  • Organizer: 第4回「適応回路シフト」領域会議
  • Place of Presentation: 一橋講堂（東京都）
  • Year and Date: 2016-12-19
• [Presentation] Super-field Two-photon Microscopy for Simultaneous Imaging of Multiple Cortical Areas at Cellular Resolution (2016)
  • Author(s): Shin-Ichiro Terada, Masamichi Ohkura, Junichi Nakai, Masanori Matsuzaki
  • Organizer: Society for Neuroscience 46th Annual Meeting
  • Place of Presentation: サンディエゴコンベンションセンター（米国）
  • Year and Date: 2016-11-12
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 文脈依存的な行動シフトを実現する大脳皮質運動回路の研究 (2015)
  • Author(s): 寺田晋一郎、松崎政紀
  • Organizer: 第２回「適応回路シフト」領域会議
  • Place of Presentation: 東京医科歯科大学 M＆Dタワー
  • Year and Date: 2015-12-16
• [Remarks] 危機回避行動を感覚ニューロンが調節するしくみを解明
  • URL: http://www.kyoto-u.ac.jp/ja/research/research_results/2015/160224_1.html
• [Remarks] 霊長類の大脳皮質で多細胞活動を長期間・同時計測―詳細な脳機能マップ作製のための基盤技術を開発
  • URL: http://www.amed.go.jp/news/release_20151120-01.html
• [Remarks] マウス大脳運動野を光刺激することで多様な運動パターンの脳マップを得ることに成功
  • URL: http://www.nibb.ac.jp/press/2015/10/01.html
• [Patent(Industrial Property Rights)] MICROSCOPE OPTICAL MODULE, MICROSCOPE, CONTROL DEVICE FOR MICROSCOPE OPTICAL MODULE, AND MULTIPHOTON EXCITATION MICROSCOPE (2016)
  • Inventor(s): 松崎政紀、寺田晋一郎
  • Industrial Property Rights Holder: 科学技術振興機構
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Filing Date: 2016-07-28
  • Overseas
• [Patent(Industrial Property Rights)] 顕微鏡用光学モジュール、顕微鏡、顕微鏡用光学モジュール制御装置及び多光子励起顕微鏡 (2015)
  • Inventor(s): 松崎政紀、寺田晋一郎
  • Industrial Property Rights Holder: 松崎政紀、寺田晋一郎
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Filing Date: 2015-09-17