生体脳情報処理における単一神経細胞の樹状突起・スパイン信号処理の機構と役割の解明
| Project/Area Number |
20K23378
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| Research Category |
Fund for the Promotion of Joint International Research (Home-Returning Researcher Development Research)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Biological Science
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| Research Institution | Kagoshima University |
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Principal Investigator |
佐藤 達雄 鹿児島大学, 医歯学域医学系, 教授 (90830993)
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| Project Period (FY) |
2022-02-18 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥55,900,000 (Direct Cost: ¥43,000,000、Indirect Cost: ¥12,900,000)
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| Keywords | 樹状突起 / 神経細胞 / スパイン / 大脳皮質 / 二光子測光 |
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| Outline of Research at the Start |
これまで生体脳の大脳皮質にて、多くの非線形な情報処理が報告されてきた。それらの情報処理は、多細胞によるネットワーク計算により説明されてきた。本研究では、非線形情報処理が細胞内コンパートメントに備わる演算力にて説明できるかを問う。そのため、非線形計算を示す単一細胞を選び出し、その細胞内コンパートメントの活動を二光子測光しながら、単一細胞のコンパートメントや多細胞ネットワークの活動を一光子光操作する。独自の遺伝子発現方法と、測光と光操作の同時並行により、古くから調べられてきた皮質情報処理を、単一神経細胞内の演算処理として捉え直し、新たな神経細胞の像を提示する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
大脳皮質は複雑な計算を行うことができる。皮質計算の基本情報処理単位は単一細胞にあると考えられてきた。しかしながら、脳切片などの単離脳標本においては皮質単一細胞の細胞内コンパートメントにも精巧かつ非線形な演算機能が備わることが示されてきた。もし、細胞内コンパートメント自体が情報処理単位ならば、私たちの脳の捉え方が大きく変わる。本研究では、マウスの個体脳において、単一細胞の視覚情報処理計算に着目し、細胞内コンパートメント演算の役割を明らかにする。このことは、大脳皮質の基本情報処理単位の概念を問い直すことに繋がる。
マウス大脳皮質視覚野の非線形な視覚情報処理に着目し、樹状突起の非線形演算が関わるかを問う研究を行ってきた。研究室独自の技術を用いて、非線形な視覚情報処理を行う単一細胞にカルシウム感受性蛍光タンパクを発現させ、細胞体と樹状突起の活動を二光子測光を行った。樹状突起の活動は細胞体の活動とは必ずも一致しないことが明らかになった。
樹状突起の活動を操作すれば、最終的な出力である細胞体の活動はどうなるであろうか？このことを検証するために、個体脳の単一細胞において、細胞体・樹状突起の活動を別々に光遺伝学的もしくは薬理的に操作する独自の手法を開発した。これらの結果を2023年度のシナプス研究会にて発表を行った。
2023年度は、事務上の問題を解決する必要が生じた。機器を梱包後、前所属先の大学が機器の所有権に関する承認プロセスを大幅に変更したため、全く実験ができない期間が6か月生じた。2023年度の後半は、機器の受け取り・買い直しを済ませた後、素早く実験系の再立ち上げ、新しいメンバーに実験技術トレーニングに注力した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
2023年度は、事務上の問題を解決する必要が生じた。機器を梱包後、前所属先の大学が機器の所有権に関する承認プロセスを大幅に変更したため、全く実験ができない期間が6か月生じた。それに応じて、日本に移動する予定だった元研究室メンバーも海外の選択肢を取り、技術移転が喫緊の課題となった。従って、2023年度の後半は、機器の受け取り・買い直しを済ませた後、素早く実験系の再立ち上げ、新しいメンバーに実験技術トレーニングに注力した。これにて実験セットアップの再現・技術移転を完了できた。
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| Strategy for Future Research Activity |
実験系の再立ち上げ、新しい実験者の技術移転が完了したので、今年度はデータ取得に専念する。
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Report
(2 results)
Research Products
(3 results)
