２光子多細胞機能撮像と光刺激による運動野２／３層回路の適応的な外界推定機構の解明

• Project/Area Number: 14J08449
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Neurophysiology / General neuroscience
• Research Institution: National Institute for Basic Biology
• Principal Investigator: 田中 康裕 基礎生物学研究所, 特別研究員(PD)
• Project Period (FY): 2014-04-25 – 2017-03-31
• Project Status: Declined (Fiscal Year 2016)
• Budget Amount: ¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000); Fiscal Year 2016: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2015: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2014: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
• Keywords: 大脳皮質

Outline of Annual Research Achievements

運動適応のモデルとして、マウスレバー引きの系を用いて検討した。通常の運動学習を終えた状態で習熟した状態と、レバーのパラメータを変更した場合の両方でGCaMP6を用いた多細胞記録を一次運動野から行う。上記の実験をすでに開始、一部完了した。
これらの多細胞記録から、まず単一細胞の活動性を調べ、パラメータ変更時の方が多く活動する細胞、逆にパラメータ変更前の方が多く活動する細胞、あるいは活動が前後で大きく変わらない細胞など多くのバリエーションが存在することを明らかにした。多細胞記録から、レバー軌跡の予測を行ったところ、パラメータ変更時に軌跡予測が大きく変化する群と、あまり変化しない群に分けることができることが分かった。さらにそれらの群ごとに神経活動の主成分空間での活動を観察すると、パラメータ変更時の神経活動軌跡の変化に2群で差があることが分かった。
H26年度開発したｚ揺れ補正用のアルゴリズムをさらに改良した。これは軸索などの細胞体よりも細い構造からのカルシウムシグナルをイメージングする際に問題となるZ揺れを補正し、疑似的に揺れていない平面を作り出すことで、これまで困難であった前肢運動課題実行中の軸索イメージングを可能にするものである。この技術により得られた多軸索記録について、さらにデータ解析を行った。これは、信号の配列性を用いて活動のダイナミクスを記述するものであり、独創性の高いものとなった。これらの結果をまとめて専門誌に投稿した。

Research Progress Status

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Ventral medial nucleus neurons send thalamocortical afferents more widely and more preferentially to layer 1 than neurons of the ventral anterior-ventral lateral nuclear complex in the rat. (2015)
  • Author(s): Kuramoto E, Ohno S, Furuta T, Unzai T, Tanaka YR, Hioki H, Kaneko T.
  • Journal Title: Cereb Cortex Volume: 25 Issue: 1 Pages: 221-235
  • DOI: 10.1093/cercor/bht216
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Two distinct layer-specific dynamics of cortical ensembles during learning of a motor task. (2014)
  • Author(s): Masamizu Y, Tanaka YR, Tanaka YH, Hira R, Ohkubo F, Kitamura K, Isomura Y, Okada T, Matsuzaki M.
  • Journal Title: Nat. Neurosci Volume: 17 Issue: 7 Pages: 987-994
  • DOI: 10.1038/nn.3739
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] Two-photon calcium imaging of neurons and thalamocortical axons in the motor cortex of behaving animals (2016)
  • Author(s): Tanaka, Y.R., Masamizu, Y., Tanaka, Y.H., Matsuzaki, M.
  • Organizer: The 93rd Annual Meeting of the Physiological Society of Japan;
  • Place of Presentation: 札幌コンベンションセンター（北海道 札幌市）
  • Year and Date: 2016-03-24
  • Invited
• [Presentation] Correction method for z-motion of axon imaging in awake behaving animals (2015)
  • Author(s): Tanaka, Y.R., Tanaka, Y.H., Matsuzaki, M.
  • Organizer: The 38th Annual Meeting of the Japan Neuroscience Society
  • Place of Presentation: 神戸コンベンションセンター（兵庫県 神戸市）
  • Year and Date: 2015-07-29
• [Presentation] 自発運動時における視床から大脳皮質への入力について (2015)
  • Author(s): 田中康代、田中康裕、和氣弘明、平理一郎、近藤将史、正水芳人、川口泰雄、松崎政紀
  • Organizer: 第120回日本解剖学会・第92回日本生理学会合同大会
  • Place of Presentation: 兵庫県、神戸市、神戸国際会議場
  • Year and Date: 2015-03-23
• [Presentation] Two distinct layer-specific dynamics of cortical ensembles during learning of a motor task. (2015)
  • Author(s): Yasuhiro Tanaka,Yoshito Masamizu, Masanori Matsuzaki
  • Organizer: 「細胞機能と分子活性の多次元蛍光生体イメージング」国際シンポジウム
  • Place of Presentation: 京都府、京都市、国立京都国際会館
  • Year and Date: 2015-01-26
• [Presentation] Two distinct layer-specific alterations in motor predictive information carried by neuronal ensembles and single neurons during learning of a motor task. (2014)
  • Author(s): Yasuhiro Tanaka,Yoshito Masamizu, Masanori Matsuzaki
  • Organizer: 2014 International symposium organized by Yasushi Miyashita: Vision, Memory, Thought: How Cognition Emerges from Neural Network
  • Place of Presentation: 東京都、文京区、東京大学伊藤国際学術研究センター
  • Year and Date: 2014-12-06
• [Presentation] 自発運動時における視床から大脳皮質第1層への入力パターン (2014)
  • Author(s): 田中康代、田中康裕、和氣弘明、正水芳人、川口泰雄、松崎政紀
  • Organizer: 第37回日本神経科学会
  • Place of Presentation: 神奈川県、横浜市、横浜国際平和会議場
  • Year and Date: 2014-09-13