| Project/Area Number |
22K03453
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 13010:Mathematical physics and fundamental theory of condensed matter physics-related
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
森 史 九州大学, 農学研究院, 准教授 (90525891)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
岡田 崇 京都大学, 医生物学研究所, 准教授 (10741043)
杉 拓磨 広島大学, 統合生命科学研究科(理), 准教授 (70571305)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2026-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2024: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
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| Keywords | 複雑ネットワーク / 情報流 / 神経回路 / 摂動論 / 全脳イメージング |
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| Outline of Research at the Start |
生物系において、外部刺激に応じた行動決定を担っているのは神経ネットワークの活動である。線虫では、ある刺激に対する行動選択を担っている局所的なネットワーク構造が発見されているが、さまざまな刺激に対して常に局所的な情報処理で答えを出しているのか、あるいは、時に大域的な構造も利用しているのかは、定かではない。本研究では「ネットワーク上の情報流のパス展開理論」を線虫の神経回路に適用し、シグナルの伝達に重要な経路群を特定する。さらに、実験的にその経路群を観測することで、高分解能の情報流測定を実現する。こうして、理論と実験により、局所的及び大域的な情報流の全貌を明らかにし、行動決定のメカニズムを解明する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
生物の神経回路においてどのような情報処理が実行されどのように行動決定がなされているのかは、未解明である。例えば、神経回路のトポロジーが分かっている線虫では、ある刺激に対する行動選択を担っている局所的なネットワーク構造が発見されているが、さまざまな刺激に対して常に局所的な情報処理で答えを出しているのか、あるいは、時に大域的なネットワーク構造も利用しているのかは、定かではない。本研究では、ネットワーク上の情報流を記述する理論を線虫などの神経回路に適用し、刺激シグナルの伝達に重要な経路群を特定することを目指している。今年度は、高分解能ライトフィールド顕微鏡(high-resolution computational optical sectioning light-field microscopy:HR-OptSec LFM) )のカスタマイズが一段と進んだ。これにより、線虫やマウスの脳スライスおよび自由行動中の大脳皮質において、カルシウムイメージングにより神経活動を観測することに成功した。マウスの観測データから各ニューロン間の移動エントロピーを計算し、情報流のネットワークの特徴量(平均距離、クラスター係数、次数分布など)を調べたところ、脳スライスでは定常的にスモールワールド性が観測され、大脳皮質では、痛み刺激に対して、ネットワークの構造が変化する様子が見られた。このような様子は、高時間分解能・高空間分解能を持つデータでないと、捉えることができないことも確認された。これらの結果を、APPW2025などで発表した。
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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
線虫のみならず、マウスに対しても、神経活動を観測することができた。また、実験データを用いて、情報の流れを計算することもできた。よって、おおむね順調に進展してると言える。
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| Strategy for Future Research Activity |
比較的短い観測時間における線虫の神経活動データを使って、物理学的・生物学的に意味のある情報を抽出するために、理論側と実験側のディスカッションを続けていく。
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