| Project/Area Number |
23K14284
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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 | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
寺田 晋一郎 東京大学, 大学院医学系研究科(医学部), 助教 (40847274)
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| Project Period (FY) |
2023-04-01 – 2026-03-31
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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 2025: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
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| Keywords | システム神経科学 / 脳計測科学 / ２光子イメージング |
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| Outline of Research at the Start |
本研究の目的は、大脳新皮質の階層的な情報表現における直接的・間接的投射経路の役割を解明することである。特に、マウスの高次運動野 (M2)から一次運動野 (M1)への経路に着目し、神経活動のイメージングと操作を行う。初年度は、M2→M1投射軸索および視床→M1投射軸索のイメージングによる情報解析を行う。次年度は、新たな光計測・光操作同時実施系の構築を行う。最終年度は、直接的・間接的投射経路の光操作が行動・M1神経活動に及ぼす影響を解析し、各経路が果たす機能を調べる。この研究により、運動学習や運動制御の治療法開発に貢献することが期待される。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は光計測・光操作の同時実施を実現する実験系の構築および評価を行った。共振スキャナを用いた高速２光子イメージングにおいては単一光子の検出が可能な高感度検出器(PMT)の使用が一般的である。しかし、PMTには露光過剰による損傷リスクがあり、光遺伝学を用いた神経活動の操作において必要となる高強度の光との併用には問題があった。シリコン光電子増倍素子は新しいタイプの高感度光検出器であり、PMTと同等の感度を維持しつつ、高い入射光耐性を有している。本検出器を導入した２光子顕微鏡において、対物レンズを通し光操作用のレーザー光を同軸にて入射する光学系を追加した光計測・光操作２光子顕微鏡について構築した。一方で、光操作に伴うレーザー光は本来計測する神経活動シグナルを阻害してしまう。そこで、光操作に用いるレーザー光の照射タイミングを共振スキャナに存在する活動計測を行っていない期間と高速同期制御を行うことで、光計測・光操作の同時実施について実現した。本実験系によって経路特異的な神経活動の操作が可能かを評価するため、マウスのM1にて経路特異的な活動の光抑制について実施した。線条体投射細胞にて特異的にCreを発現する遺伝子改変マウスにおいて、Cre依存的に抑制性の光遺伝学プローブを発現するアデノ随伴ウィルス(AAV)、及び興奮性細胞においてGCaMPを発現するAAVをM1へと投与した個体を用意した。上記顕微鏡を用いカルシウムイメージングによる神経活動計測中にレーザー光照射による活動抑制を行ったところ、５層に位置する光遺伝学プローブ発現細胞特異的な活動の減少が確認された。また、上記経路特異的な光抑制を新規レバー引き運動課題中に実施することで、M1線条体経路が運動制御において果たす機能についても明らかとなったため、こちらについての論文報告を行った (Shinotsuka et al. 2023)。
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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
シリコン光電子増倍素子を導入した２光子顕微鏡の用意ができていたため、当初令和６年度に予定されていた内容を先行して令和５年度へと繰り上げた。一方で、令和５年度にて予定されていたイメージング実験については入れ替えとなり、令和６年度への実施となったため。
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| Strategy for Future Research Activity |
当初初年度にて実施が予定されていた実験である、イメージング実験について推し進めることで、M2→M1投射軸索および視床→M1投射軸索イメージングによる投射情報の解明を行う。まず、頭部固定を行ったマウスに対し2つの異なった行動文脈を伴う運動課題を学習させる。課題習得後のマウスにおいて2光子カルシウムイメージングによる軸索イメージングを実施することでM1へと送られている神経活動について取得する。取得された神経活動に対し、デコーディング解析とエンコーディング解析を行うことで 、直接的投射経路、間接的投射経路がそれぞれM1へと送っている情報の実体を詳細に明らかにする。
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