| Project/Area Number |
21K15182
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Basic Section 46010:Neuroscience-general-related
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| Research Institution | Nippon Medical School (2022-2023)
The University of Tokyo (2021) |
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Principal Investigator |
佐藤 博文 日本医科大学, 医学部, 助教 (40779435)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000)
Fiscal Year 2021: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
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| Keywords | 線虫 / 神経回路 / 感覚受容 / 飢餓 / シグナル伝達 / 行動可塑性 / ナビゲーション / 学習 / 神経可塑性 |
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| Outline of Research at the Start |
動物は環境情報と餌の有無とを組み合わせて学習し、効率的に餌の探索を行う。本研究では線虫が餌と共に経験した塩濃度へ向かうという行動に着目し、①線虫が経験塩濃度を記憶する機構の解明、②餌の有無に応じて行動を逆転させる機構の解明、の2つの課題に取り組む。①では経験塩濃度の記憶が神経回路のどこにどのような形で保持されているかを分子レベルで明らかにする。②では飢餓経験時の行動制御機構が餌有り条件付け時とどの様に異なっているかを解析し、感覚入力から行動出力までのどの段階で飢餓シグナルの制御を受けているかを明らかにする。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題は、動物が過去の経験に基づいて、感覚情報の処理機構を調節するメカニズムを明らかにすることを目的としている。昨年度に実施した研究成果としては、まず線虫を用いてこれまで行ってきた4Dイメージングやシミュレーションなどの実験の結果について、より高度な解析を実施し、その意義を明らかにした。これにより、全脳レベルでの時系列イメージングデータを基にして、個々の神経の活動をクラスタリングすることが可能となった。また全脳レベルでの神経活動データを独立成分分析などの手法で解析することにより、いくつかの重要なコンポーネントを見出した。全脳レベルでの神経活動を俯瞰して見た場合、個体ごとの差が非常に大きかったものの、独立成分分析、時間遅れ埋め込み、行列分解などの手法を組み合わせた数理的解析を行うことにより、個体間で共通する神経活動モチーフを抽出することに成功した。また過去の神経活動を基にその後の神経活動を予測する時系列予測モデル(gKDR-GMM)を用いることで、過去の全脳レベルの神経活動から未来の全脳神経活動を予測するシミュレーションを行うことが可能になった。これにより、神経系を構成する各神経細胞間の接続の強さを推定することができるようになった。シミュレーションの結果、線虫の動きを制御するための主要な神経細胞間での接続は強くかつ固定的であることが分かったが、一方でそれらの神経群と感覚神経群との相互作用は比較的弱くまた可変的であることが予測された。またシナプス接続だけでなくギャップ結合の重要性も確認された。さらに哺乳類細胞を用いた実験系の立ち上げも完了し、次世代シーケンス解析によるデータが得られつつある。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
これまでに、線虫を対象とした行動実験や解析はほぼ完了し、その成果が論文としても発表されている。具体的な成果としては、線虫の経験塩濃度依存的な行動調節機構の全貌が明らかになり、また全脳レベルでの神経活動の測定、解析、解釈が可能となった。また研究の発展として哺乳類細胞を用いた実験系も立ち上がっており、当初の計画通り順調に進展していると考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は主に哺乳類細胞を用いた実験系において、線虫を用いた実験から重要性が示唆された遺伝子を対象として各種条件下での実験を行う予定である。これにより、線虫で明らかになった様々な遺伝子の機能や制御機構が、普遍的なものであるかを明らかにする。
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Report
(3 results)
Research Products
(7 results)
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[Journal Article] Ensemble dynamics and information flow deduction from whole-brain imaging data2024
Author(s)
Toyoshima, Y., Sato, H., Nagata, D., Kanamori, M., Jang, M.S., Kuze, K., Oe, S., Teramoto, T., Iwasaki, Y., Yoshida, R., Ishihara, T., Iino, Y.
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Journal Title
PLOS Computational Biology
Volume: 20
Issue: 3
Pages: e1011848-e1011848
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] WormTensor: a clustering method for time-series whole-brain activity data from C. elegans2023
Author(s)
Tsuyuzaki, K., Yamamoto, K., Toyoshima, Y., Sato, H., Kanamori, M., Teramoto, T., Ishihara, T., Iino, Y., and Nikaido, I.
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Journal Title
BMC Bioinformatics
Volume: 24
Issue: 1
Pages: 254-254
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Open Access
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