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線虫の塩走性行動の包括的理解に向けた全中枢神経活動と行動の高精度同時計測

Publicly Offered Research

Project AreaSystems Science of Bio-navigation
Project/Area Number 17H05970
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)

Allocation TypeSingle-year Grants
Review Section Complex systems
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

豊島 有  東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 助教 (10632341)

Project Period (FY) 2017-04-01 – 2019-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2018)
Budget Amount *help
¥8,840,000 (Direct Cost: ¥6,800,000、Indirect Cost: ¥2,040,000)
Fiscal Year 2018: ¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000)
Fiscal Year 2017: ¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000)
Keywords機能的全脳イメージング / 行動計測 / 神経細胞の同定 / 数理モデル化 / 線虫
Outline of Annual Research Achievements

本研究では、ナビゲーション行動中の線虫の全神経活動の観察やナビゲーション行動の数理モデル化を通じて、神経系の情報処理の仕組みを理解することを目指した。
2018年度も、前年度に引き続き、行動中の線虫の全神経活動の観察に用いる顕微鏡の開発を進めた。自由行動中の線虫を自動追尾するトラッキングステージを試作顕微鏡と組み合わせることで、自由行動中の線虫の全脳イメージングの3D画像を得ることに成功した。一方、線虫の行動に伴って光シートの照射方向と線虫の角度が変わると励起光のムラが生じることが判明した。光シートの照射角度を変更できる回転光学系の導入によって、この問題が解決できないか検討を進めている。
また線虫の神経活動を神経回路レベルで解析するために、線虫の神経細胞を自動的に同定する技術の開発を進めた。定量された神経活動を神経回路に対応付けるためには、画像中の個々の細胞を既知の神経と対応付ける細胞同定のステップが必要となる。線虫では特定の細胞で発現を誘導するプロモーターが多数知られている。代表者らは30種類を超えるプロモーターを蛍光タンパクにつないで実際に線虫に導入し、発現細胞とその相対的な位置を確認したデータベースを構築してきた。これをもとに、細胞の位置のばらつきは隣の細胞の平均位置まで及ぶほど大きいことなどを明らかにした。またこのデータベースと機械学習の手法を組み合わせて、60%程度の精度で線虫の神経細胞を自動的に同定できるプログラムを開発し、GUIに組み込んだ。これらの技術開発により、線虫の神経活動を神経回路レベルで解析する基盤が確立された。これらの結果は現在論文投稿準備中である。

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。

Report

(2 results)
  • 2018 Annual Research Report
  • 2017 Annual Research Report
  • Research Products

    (43 results)

All 2019 2018 2017 Other

All Int'l Joint Research (1 results) Journal Article (3 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 2 results,  Open Access: 2 results) Presentation (38 results) (of which Int'l Joint Research: 14 results,  Invited: 7 results) Remarks (1 results)

  • [Int'l Joint Research] Medical Research Council(United Kingdom)

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      豊島 有
    • Journal Title

      生体の科学

      Volume: 68 Issue: 5 Pages: 474-475

    • DOI

      10.11477/mf.2425200701

    • ISSN
      0370-9531, 1883-5503
    • Year and Date
      2017-10-15
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    • Journal Title

      IEEE/ACM Transactions on Computational Biology and Bioinformatics

      Volume: - Issue: 6 Pages: 1-1

    • DOI

      10.1109/tcbb.2017.2782255

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    • Author(s)
      Oda Shigekazu、Toyoshima Yu、de Bono Mario
    • Journal Title

      Proceedings of the National Academy of Sciences

      Volume: 114 Issue: 23

    • DOI

      10.1073/pnas.1614596114

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  • [Presentation] Simultaneous measurement of whole-brain activity and behavior toward comprehensive understanding of salt chemotaxis of C. elegans2018

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      Yu Toyoshima, Ken Sato, Hideharu Mikami, Stephen Wu, Hirofumi Sato, Moon-Sun Jang, Manami Kanamori, Suzu Oe, Takayuki Teramoto, Terumasa Tokunaga, Osamu Hirose, Keisuke Goda, Takeshi Ishihara, Ryo Yoshida, Yuichi Iino
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      International Symposium on Systems Science of Bio-Navigation 2018
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  • [Presentation] Simultaneous measurement of whole-brain activity and behavior toward comprehensive understanding of salt chemotaxis of C. elegans2018

    • Author(s)
      Suzu Oe, Yuko Murakami, Yuki Kawahara, Takayuki Teramoto, Yu Toyoshima, Terumasa Tokunaga, Stephan Wu, Osamu Hirose, Jang Moon-Sun, Hirofumi Sato, Hiroki Takizawa, Sayuri Kuge, Yuishi Iwasaki, Ryo Yoshida, Yuichi Iino, Takeshi Ishihara.
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      岩崎唯史,佐藤博文,大江紗,久下小百合,寺本孝行,徳永旭将,広瀬修,Stephen Wu, 豊島有, ジャン;ムンソン,吉田亮,飯野雄一,石原健
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      飯野 雄一, 豊島 有, Stephen Wu, 佐藤 博文, Jang Moon-Sun, 金森 真奈美, 大江 紗, 村上 悠子, 久下 小百合, 広瀬 修, 徳永 旭将, 寺本 孝行, 岩崎 唯史, 吉田 亮, 石原 健
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      Yu Toyoshima, Stephen Wu, Terumasa Tokunaga, Osamu Hirose, Manami Kanamori, Takayuki Teramoto, Moon-Sun Jang, Hirofumi Sato, Suzu Oe, Yuko Murakami, Ken Sato, Sayuri Kuge, Takeshi Ishihara, Ryo Yoshida, Yuichi Iino
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  • [Presentation] 4Dイメージングデータ内の密集した細胞核を正確に検出・追跡・定量する画像解析手法2018

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      豊島 有, Stephen Wu, 佐藤 研, 滝沢 拓己, 徳永 旭将, 広瀬 修, 金森 真奈美, 佐藤 博文, 寺本 孝行, Jang Moon-Sun, 久下 小百合, 石原 健, 吉田 亮, 飯野 雄一
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      Yuishi Iwasaki, Takayuki Teramoto,,Suzu Oe, Terumasa Tokunaga, Osamu Hirose, Stephen Wu, Yu Toyoshima, Moon Sun Jang, Ryo Yoshida, Yuichi Iino, Takeshi Ishihara
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      Stephen Wu, Terumasa Tokunaga, Osamu Hirose, Yu Toyoshima, Takayuki Teramoto, Yuishi Iwasaki, Takeshi Ishihara, Yuichi Iino, Ryo Yoshida
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      豊島 有, Stephen Wu, 滝沢 拓己, 佐藤 研, 徳永 旭将, 広瀬 修, 金森 真奈美, 佐藤 博文, 寺本 孝行, Jang Moon-Sun, 久下 小百合, 三上 秀治, 合田 圭介, 石原 健, 吉田亮, 飯野 雄一
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  • [Presentation] 線虫の塩走性行動の包括的理解に向けた全中枢神経活動と行動の高精度同時計測2017

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      豊島 有, 佐藤 研, 三上 秀治, Stephen Wu, 佐藤 博文, Jang Moon-Sun, 金森 真奈美, 滝沢 拓己, 大江 紗, 寺本 孝行, 徳永 旭将, 広瀬 修, 合田 圭介, 石原 健, 吉田亮, 飯野 雄一
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      Yu Toyoshima, Stephen Wu, Hiroki Takizawa, Ken Sato, Terumasa Tokunaga, Osamu Hirose, Manami Kanamori, Hirofumi Sato, Takayuki Teramoto, Moon-Sun Jang, Sayuri Kuge, Hideharu Mikami, Keisuke Goda, Takeshi Ishihara, Ryo Yoshida, Yuichi Iino
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    • URL

      http://molecular-ethology.bs.s.u-tokyo.ac.jp/labHP/J/JResearch/

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URL: 

Published: 2017-04-28   Modified: 2019-12-27  

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