Analysis of neuronal activity in the brain underlying individuality

• Project Area: Integrative research toward elucidation of generative brain systems for individuality
• Project/Area Number: 17H05939
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Complex systems
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 佐々木 拓哉 東京大学, 大学院薬学系研究科(薬学部), 助教 (70741031)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2019-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2018)
• Budget Amount: ¥5,200,000 (Direct Cost: ¥4,000,000、Indirect Cost: ¥1,200,000); Fiscal Year 2018: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000); Fiscal Year 2017: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000)
• Keywords: 中枢末梢連環 / ストレス / 局所場電位 / 大脳皮質 / 心電図 / 個体差 / 脳活動 / 中枢末梢連関 / 個性 / 海馬 / 神経活動 / マルチユニット計測

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、動物の個体ごとのストレス応答の多様性やバラつきが許容されるような実験条件を活用して、行動の変化と生理応答変化の相関を解析した。これを実現するために、従来用いてきた大脳皮質の神経活動（脳波）計測法を多領域に拡張し、海馬、視覚皮質、前頭前皮質など広範な脳活動と、さらに心電図や筋電図、呼吸リズムなどの末梢臓器活動を同時に記録する電気生理計測技術を開発した。こうした計測法を用いて、ラットに社会的敗北ストレスを与えて、表出した生体電気信号を観察したところ、心電図に不整脈や一過的な心拍変動が含まれる群（ストレス感受性群）と、そうでない群（ストレス非感受性群）が存在することが確認された。そこで、ストレス応答に対する末梢臓器応答を個々の動物毎に解析・分類して、大脳皮質の６領域の脳波の変化との照合を進めた。主成分分析とサポートベクターマシーンを用いた多変量解析の結果より、ストレス負荷前の低周波帯の脳領域間のコヒーレンスの度合いが、後のストレス応答の感受性を予測する因子となること、またストレス応答後には、ガンマ帯（20Hz以上）を除くほぼすべての周波数帯において、変動が見られることを明らかにした。さらに、電気生理計測を行うと同時に、マイクロダイアリシス法を用いて脳脊髄液を回収する技術を開発した。この方法により、ストレス応答前後における海馬や線条体などのドパミンやセロトニンなどの神経調節因子の濃度変化を解析したところ、感受性群においては、セロトニンの濃度の変動が大きいことを見出した。本研究成果は、動物の個体差に焦点を当て、同じ実験条件下でも異なる個体応答が見られ、その変動の要因を大脳生理学の観点から理解する一助になると期待される。

Research Progress Status

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Immature electrophysiological properties of human-induced pluripotent stem cell-derived neurons transplanted into the mouse cortex for 7 weeks (2019)
  • Author(s): Kayama Tasuku、Okamoto Kazuki、Gao Mengxuan、Ikegaya Yuji、Sasaki Takuya
  • Journal Title: NeuroReport Volume: 30 Issue: 3 Pages: 169-173
  • DOI: 10.1097/wnr.0000000000001178
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Characterization of Peripheral Activity States and Cortical Local Field Potentials of Mice in an Elevated Plus Maze Test (2018)
  • Author(s): Okonogi Toya、Nakayama Ryota、Sasaki Takuya、Ikegaya Yuji
  • Journal Title: Frontiers in Behavioral Neuroscience Volume: 12 Pages: 62-62
  • DOI: 10.3389/fnbeh.2018.00062
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Monitoring brain neuronal activity with manipulation of cardiac events in a freely moving rat (2018)
  • Author(s): Shikano Yu、Ikegaya Yuji、Sasaki Takuya
  • Journal Title: Neuroscience Research Volume: in press Pages: 56-62
  • DOI: 10.1016/j.neures.2018.02.004
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Temporally coordinated spiking activity of human induced pluripotent stem cell-derived neurons co-cultured with astrocytes (2018)
  • Author(s): Kayama Tasuku、Suzuki Ikuro、Odawara Aoi、Sasaki Takuya、Ikegaya Yuji
  • Journal Title: Biochemical and Biophysical Research Communications Volume: 495 Issue: 1 Pages: 1028-1033
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2017.11.115
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Dentate network activity is necessary for spatial working memory by supporting CA3 sharp-wave ripple generation and prospective firing of CA3 neurons (2018)
  • Author(s): Sasaki Takuya、Piatti Ver?nica C.、Hwaun Ernie、Ahmadi Siavash、Lisman John E.、Leutgeb Stefan、Leutgeb Jill K.
  • Journal Title: Nature Neuroscience Volume: 21 Issue: 2 Pages: 258-269
  • DOI: 10.1038/s41593-017-0061-5
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Spatial Representation of Hippocampal Place Cells in a T-Maze with an Aversive Stimulation (2017)
  • Author(s): Okada Sakura、Igata Hideyoshi、Sasaki Takuya、Ikegaya Yuji
  • Journal Title: Frontiers in Neural Circuits Volume: 11 Pages: 101-101
  • DOI: 10.3389/fncir.2017.00101
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Simultaneous Recordings of Central and Peripheral Bioelectrical Signals in a Freely Moving Rodent (2017)
  • Author(s): Sasaki Takuya、Nishimura Yuya、Ikegaya Yuji
  • Journal Title: Biological and Pharmaceutical Bulletin Volume: 40 Issue: 5 Pages: 711-715
  • DOI: 10.1248/bpb.b17-00070
  • NAID: 130005631967
  • ISSN: 0918-6158, 1347-5215
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 精神的ストレス応答における脳と末梢臓器活動の包括的解析 (2019)
  • Author(s): 佐々木拓哉
  • Organizer: 第92回日本薬理学会
  • Invited
• [Presentation] Systemic physiological responses to strssful environments (2018)
  • Author(s): Takuya Sasaki
  • Organizer: International Forum foe Neuroscience and Drug, Nanjing Medical University
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 個体差を考慮した精神的ストレスにおける中枢末梢連環の解析 (2018)
  • Author(s): 佐々木拓哉
  • Organizer: 第61回日本神経化学大会
  • Invited
• [Presentation] Revealing brain-body circuits using large-scale electrophysiological recordings (2017)
  • Author(s): Takuya Sasaki
  • Organizer: Nepal-Japan symposium on Neuroscience and Medicine in conjunction with 2nd annual meeting of the Neuroscience society of Nepal
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 海馬リップル波の発生機構と生理的意義の解析 (2017)
  • Author(s): 佐々木拓哉
  • Organizer: 平成29年度記憶研究会
  • Invited
• [Presentation] 中枢末梢連関の視点を取り入れた行動研究 (2017)
  • Author(s): 佐々木拓哉
  • Organizer: 動物心理学会、動物行動学会合同学会 若手シンポジウム
  • Invited
• [Presentation] 中枢末梢連関の神経生理動態の包括的解析 (2017)
  • Author(s): 佐々木拓哉
  • Organizer: 第４回包括的緩和医療科学学術研究会/第５回Tokyo疼痛緩和次世代研究会 合同研究会
  • Invited
• [Presentation] 中枢末梢関連を網羅するシステム薬理学的アプローチ (2017)
  • Author(s): 佐々木拓哉
  • Organizer: 日本薬学会第137年会
  • Invited
• [Remarks] 佐々木拓哉のホームページ
  • URL: http://sasaki-brain.net/allpublication