行動戦略依存的な動的神経回路シフトの解明

• Project Area: Mechanisms underlying the functional shift of brain neural circuitry for behavioral adaptation
• Project/Area Number: 15H01452
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Biological Sciences
• Research Institution: Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University
• Principal Investigator: 船水 章大 沖縄科学技術大学院大学, 神経計算ユニット, 研究員 (20724397)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2017-03-31
• Project Status: Discontinued (Fiscal Year 2016)
• Budget Amount: ¥5,980,000 (Direct Cost: ¥4,600,000、Indirect Cost: ¥1,380,000); Fiscal Year 2016: ¥2,730,000 (Direct Cost: ¥2,100,000、Indirect Cost: ¥630,000); Fiscal Year 2015: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000)
• Keywords: 皮質 / 二光子顕微鏡 / 行動戦略 / 光遺伝学 / カルシウムイメージング / 頭頂葉 / 神経科学 / 脳科学 / 機械学習

Outline of Annual Research Achievements

前年度は，マウスの後部頭頂皮質 (posterior parietal cortex: PPC) の神経活動をGABA-A受容体作動薬 (ムシモール) で抑制し，音源到達課題時の行動を計測した．この実験結果と，これまでの二光子顕微鏡でのPPCの神経活動計測の結果を組み合わせて，Nature Neuroscience誌 (Impact factor 16.7) に論文を発表した．また，これらの成果で，3度の招待講演を国内で行った．
本研究は，二次運動野 (secondary motor cortex: M2) からPPCへの神経回路が，状態遷移モデルに基づく行動戦略に寄与すると仮定し，行動戦略依存的な神経回路変化を調べてきた．なお，M2の神経細胞は，PPCの皮質1層に投射することが知られている．そこで，今年度は，PPCの1層で，2・3・5層の錐体細胞の尖端樹状突起 (apical dendrite) の神経活動を，二光子顕微鏡で計測した．音源到達課題中のマウスで，神経活動から音源までの距離を推定 (デコード) した結果，無音区間でも距離を推定できた．この結果は，皮質1層の尖端樹状突起は，自身の運動 (行動依存の状態遷移モデル) に基づく距離推定に寄与することを示唆する．
行動戦略依存的な神経回路変化を，複数脳領野で計測・解明するために，前年度は，マクロ蛍光顕微鏡システム・SCMOSカメラ・蛍光顕微鏡用光源を購入した．今年度は，SCMOSカメラの制御・データ保存と処理のために，デスクトップパソコンを購入した．また，マウスでの実験を円滑に進めるために，マウス用麻酔器を購入した．これらの機器と，蛍光カルシウムプローブのGCaMP6fを組み合わせることで，神経活動をマクロイメージングできる．ただし，今年度は，これらの機器のセットアップを実施することしかできなかった．

Research Progress Status

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Neural substrate of dynamic Bayesian inference in the cerebral cortex (2016)
  • Author(s): Akihiro Funamizu, Bernd Kuhn, Kenji Doya
  • Journal Title: Nature Neuroscience Volume: in press Issue: 12 Pages: 1682-1689
  • DOI: 10.1038/nn.4390
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] Neural substrate of dynamic Bayesian inference in the cerebral cortex (2017)
  • Author(s): Akihiro Funamizu
  • Organizer: Mechanism of brain and mind winter workshop
  • Place of Presentation: Rusutsu
  • Year and Date: 2017-01-11
  • Invited
• [Presentation] Neural substrate of dynamic Bayesian inference in posterior parietal cortex (2016)
  • Author(s): Funamizu A, Kuhn B, Doya K
  • Organizer: International Symposium on Adaptive Circuit Shift 2016
  • Place of Presentation: Kyoto
  • Year and Date: 2016-03-03
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Neural substrate of dynamic Bayesian inference in the posterior parietal cortex. (2016)
  • Author(s): Funamizu A, Kuhn B, Doya K
  • Organizer: 脳と心のメカニズム 第16回冬のワークショップ
  • Place of Presentation: 留寿都
  • Year and Date: 2016-01-06
• [Presentation] Neural substrate of dynamic Bayesian inference in posterior parietal cortex (2016)
  • Author(s): Akihiro Funamizu, Bernd Kuhn, Kenji Doya
  • Organizer: The 39th Annual meeting of the Japan neuroscience society
  • Place of Presentation: Yokohama
  • Invited
• [Presentation] Neural substrate of dynamic Bayesian inference in posterior parietal cortex (2016)
  • Author(s): Akihiro Funamizu
  • Organizer: Andor Academy Okinawa at OIST
  • Place of Presentation: Okinawa
  • Invited
• [Presentation] 後頭頂皮質によるベイジアンフィルタの実装 (2015)
  • Author(s): 船水章大
  • Organizer: 包括脳ネットワーク「冬のシンポジウム」3領域合同若手シンポジウム
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 2015-12-19
  • Invited
• [Presentation] Neural substrate of dynamic Bayesian inference in posterior parietal cortex (2015)
  • Author(s): Funamizu A, Kuhn B, Doya K
  • Organizer: 2015年包括脳冬のシンポジウム
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 2015-12-19
• [Remarks] 研究室ホームページ
  • URL: https://groups.oist.jp/ja/ncu
• [Remarks] 沖縄科学技術大学院大学 研究内容 プレスリリース
  • URL: https://www.oist.jp/ja/news-center/press-releases/26790
• [Remarks] 新学術領域「適応回路」ホームページ
  • URL: http://www.fmu.ac.jp/acs/