呼吸法の動物モデル確立とその意志動力学への応用

• Project Area: Creation and Promotion of the Will-Dynamics
• Project/Area Number: 17H06051
• 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: University of Toyama
• Principal Investigator: 高雄 啓三 富山大学, 研究推進機構 研究推進総合支援センター, 教授 (80420397)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2019-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2018)
• Budget Amount: ¥8,710,000 (Direct Cost: ¥6,700,000、Indirect Cost: ¥2,010,000); Fiscal Year 2018: ¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000); Fiscal Year 2017: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
• Keywords: 環境生理学 / 実験系心理学

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、ヨーガや武道など伝統的訓練法の核をなす呼吸法をマウスが実行できるシステムを作製し、呼吸法が意志力に与える影響を解析し、意志力の調節モデルを確立することを目的としている。自律的に調節される呼吸をマウスで調節することはこれまで困難であったが本研究計画はそれを克服するアイディアを含んでいる。この呼吸法マウスモデルはこれまでにない全く新しい動物モデルであり実現に成功すればこれまで神秘とされていた東洋の伝統的精神訓練法の神経メカニズムを明らかにする端緒となる。本研究では動物の呼吸数をモニタし、呼吸の速度に応じた環境刺激を動物にフィードバックループで与えることで人為的に設定した呼吸速度に訓練するシステムを開発する。本年度は、昨年度までに開発したマウスの呼吸を計測するシステムを用いて野生型マウスの呼吸を計測し、馴化による呼吸パターンの変化を検討した。またさまざまな照明条件でマウスの呼吸パターンがどのように変化していくかについても検討を行った。さらに複数の精神疾患のモデルマウスについても持続的に呼吸をモニターして呼吸パターンの解析を行った。精神疾患モデルマウスとそのコントロールマウスとの間では呼吸の特性に大きな違いがあることが明らかになりつつある。呼吸パターンの異常は精神疾患患者においても報告されており、モデルマウスにおける呼吸パターンの異常は精神疾患の病態解析や治療法の開発に応用できる可能性がある。今後はこれまでに開発したマウス用呼吸計測システムにフィードバック回路を付加し、呼吸についてマウスがオペラント学習ができるようなシステムを構築する。

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] Rapid and high-efficient generation of mutant mice using freeze-thawed embryos of the C57BL/6J strain (2019)
  • Author(s): Darwish Mohamed、Nishizono Hirofumi、Uosaki Hideki、Sawada Hitomi、Sadahiro Taketaro、Ieda Masaki、Takao Keizo
  • Journal Title: Journal of Neuroscience Methods Volume: 317 Pages: 149-156
  • DOI: 10.1016/j.jneumeth.2019.01.010
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Establishment of a Mouse Model of Atopic Dermatitis by Deleting Ikk2 in Dermal Fibroblasts (2019)
  • Author(s): Nunomura Satoshi、Ejiri Naoko、Kitajima Midori、Nanri Yasuhiro、Arima Kazuhiko、Mitamura Yasutaka、Yoshihara Tomohito、Fujii Kazuki、Takao Keizo、Imura Johji、Fehling Hans Joerg、Izuhara Kenji、Kitajima Isao
  • Journal Title: Journal of Investigative Dermatology Volume: 202X Issue: 6 Pages: 32926-9
  • DOI: 10.1016/j.jid.2018.10.047
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Open source code for behavior analysis in rodents (2019)
  • Author(s): Hattori Satoko、Okumura Yoshihiro、Takao Keizo、Yamaguchi Yoko、Miyakawa Tsuyoshi
  • Journal Title: Neuropsychopharmacology Reports Volume: 39 Issue: 1 Pages: 67-69
  • DOI: 10.1002/npr2.12047
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Alteration of parvalbumin expression and perineuronal nets formation in the cerebral cortex of aged mice (2019)
  • Author(s): Ueno Hiroshi、Fujii Kazuki、Takao Keizo、Suemitsu Shunsuke、Murakami Shinji、Kitamura Naoya、Wani Kenta、Matsumoto Yosuke、Okamoto Motoi、Ishihara Takeshi
  • Journal Title: Molecular and Cellular Neuroscience Volume: 95 Pages: 31-42
  • DOI: 10.1016/j.mcn.2018.12.008
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] TRPM2 confers susceptibility to social stress but is essential for behavioral flexibility. (2019)
  • Author(s): Andoh C, Nishitani N, Hashimoto E, Nagai Y, Takao K, Miyakawa T, Nakagawa T, Mori Y, Nagayasu K, Shirakawa H, Kaneko S.
  • Journal Title: Brain Res. Volume: 1704 Pages: 68-77
  • DOI: 10.1016/j.brainres.2018.09.031
  • NAID: 120006630995
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Effects of chronic fentanyl administration on behavioral characteristics of mice (2018)
  • Author(s): Fujii Kazuki、Koshidaka Yumie、Adachi Mayumi、Takao Keizo
  • Journal Title: Neuropsychopharmacology Reports Volume: 39 Issue: 1 Pages: 17-35
  • DOI: 10.1002/npr2.12040
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Comprehensive behavioral analysis and quantification of brain free amino acids of C57BL/6J congenic mice carrying the 1473G allele in tryptophan hydroxylase-2 (2018)
  • Author(s): Koshimizu Hisatsugu、Hirata Nao、TaIchinokao Keizo、Toyama Keiko、se Takashi、Furuya Shigeki、Miyakawa Tsuyoshi
  • Journal Title: Neuropsychopharmacology Reports Volume: 39 Issue: 1 Pages: 56-60
  • DOI: 10.1002/npr2.12041
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Distribution of Caskin1 protein and phenotypic characterization of its knockout mice using a comprehensive behavioral test battery (2018)
  • Author(s): Katano Tayo、Takao Keizo、Abe Manabu、Yamazaki Maya、Watanabe Masahiko、Miyakawa Tsuyoshi、Sakimura Kenji、Ito Seiji
  • Journal Title: Molecular Brain Volume: 11 Issue: 1 Pages: 63-63
  • DOI: 10.1186/s13041-018-0407-2
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Expression of aggrecan components in perineuronal nets in the mouse cerebral cortex (2018)
  • Author(s): Ueno H, Fujii K, Suemitsu S, Murakami S, Kitamura N, Wani K, Aoki S, Okamoto M, Ishihara T, Takao K
  • Journal Title: IBRO Rcports Volume: 4 Pages: 22-37
  • DOI: 10.1016/j.ibror.2018.01.002
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Comprehensive behavioral analysis of tryptophan 2,3-dioxygenaso (Tdo2) knockout mice (2018)
  • Author(s): Hattori S, Takao K, Funakoshi H, *Miyakawa T
  • Journal Title: Neuropsychopharmacology Reports Volume: 38 Issue: 2 Pages: 52-60
  • DOI: 10.1002/npr2.12006
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Dissociated role of D-serine in extinction during consolidation vs. reconsolidation of context conditioned fear. (2018)
  • Author(s): Inoue R, Talukdar G, Takao K, Miyakawa T, Mori H.
  • Journal Title: Front Mol Neurosci. Volume: 11 Pages: 161-161
  • DOI: 10.3389/fnmol.2018.00161
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Comprehensive behavioral analysis of the Cdkl5 knockout mice revealed significant enhancement in anxiety- and fear-related behaviors and impairment in both acquisition and long-term retention of spatial reference memory (2018)
  • Author(s): Okuda Kosuke、Takao Keizo、Watanabe Aya、Miyakawa Tsuyoshi、Mizuguchi Masashi、Tanaka Teruyuki
  • Journal Title: PLOS ONE Volume: 13 Issue: 4 Pages: e0196587-e0196587
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0196587
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Expression of aggrecan components in perineuronal nets in the mouse cerebral cortex (2018)
  • Author(s): Hiroshi Ueno, Kazuki Fujii, Shunsuke Suemitsu, Shinji Murakami, Naoya Kitamura, Kenta Wani, Shozo Aoki, Motoi Okamoto, Takeshi Ishihara, Keizo Takao
  • Journal Title: IBRO Reports Volume: -
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Age-dependent and region-specific alteration of parvalbumin neurons and perineuronal nets in the mouse cerebral cortex (2018)
  • Author(s): Ueno Hiroshi、Takao Keizo、Suemitsu Shunsuke、Murakami Shinji、Kitamura Naoya、Wani Kenta、Okamoto Motoi、Aoki Shozo、Ishihara Takeshi
  • Journal Title: Neurochem Int Volume: 112 Pages: 59-70
  • DOI: 10.1016/j.neuint.2017.11.001
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Abnormalities in perineuronal nets and behavior in mice lacking CSGalNAcT1, a key enzyme in chondroitin sulfate synthesis (2017)
  • Author(s): Yoshioka Nozomu、Miyata Shinji、Tamada Atsushi、Watanabe Yumi、Kawasaki Asami、Kitagawa Hiroshi、Takao Keizo、Miyakawa Tsuyoshi、Takeuchi Kosei、Igarashi Michihiro
  • Journal Title: Mol Brain Volume: 10 Issue: 1 Pages: 47-47
  • DOI: 10.1186/s13041-017-0328-5
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Mutation-induced loss of APP function causes GABAergic depletion in recessive familial Alzheimer’s disease: analysis of Osaka mutation-knockin mice (2017)
  • Author(s): Umeda Tomohiro、Kimura Tetsuya、Yoshida Kayo、Takao Keizo、Fujita Yuki、Matsuyama Shogo、Sakai Ayumi、Yamashita Minato、Yamashita Yuki、Ohnishi Kiyouhisa、Suzuki Mamiko、Takuma Hiroshi、Miyakawa Tsuyoshi、Takashima Akihiko、Morita Takashi、Mori Hiroshi、Tomiyama Takami
  • Journal Title: Acta Neuropathol Commun Volume: 5 Issue: 1 Pages: 59-59
  • DOI: 10.1186/s40478-017-0461-5
  • NAID: 120006371271
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Comprehensive Behavioral Analysis of Activating Transcription Factor 5-Deficient Mice (2017)
  • Author(s): Umemura Mariko、Ogura Tae、Matsuzaki Ayako、Nakano Haruo、Takao Keizo、Miyakawa Tsuyoshi、Takahashi Yuji
  • Journal Title: Front Behav Neurosci Volume: 11 Pages: 125-125
  • DOI: 10.3389/fnbeh.2017.00125
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Decreased cohesion in the brain leads to defective synapse development and anxiety-related behavior (2017)
  • Author(s): Fujita Y, Masuda K, Bando M, Nakato R, Katou Y, Tanaka T, Nakayama M, Takao K, Miyakawa T, Tanaka T, Ago Y, Hashimoto H, Shirahige K, Yamashita T.
  • Journal Title: J. Exp. Med. Volume: 印刷中 Issue: 5 Pages: 1431-1452
  • DOI: 10.1084/jem.20161517
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Prothymosin alpha-deficiency enhances anxiety-like behaviors and impairs learning/memory-functions and neurogenesis (2017)
  • Author(s): Ueda H, Sasaki K, Halder SK, Deguchi Y, Takao K, Miyakawa T, Tajima A
  • Journal Title: Journal of Neurochemistry Volume: 141 Issue: 1 Pages: 124-136
  • DOI: 10.1111/jnc.13963
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] Effects of chronic fentanyl administration on behavioral characteristics of mice (2019)
  • Author(s): 藤井一希, 腰高由美恵, 安達真由美, 高雄啓三
  • Organizer: 学術研究支援基盤形成先端モデル動物支援プラットフォーム成果発表会
• [Presentation] ストレス応答性翻訳制御因子NFAR2 の天然変性領域欠損マウスの網羅的行動解析 (2019)
  • Author(s): 山下 映、藤井 一希、腰高由美恵、安達真由美、笹川恵理、中川真一、高雄啓三、椎名伸之
  • Organizer: 学術研究支援基盤形成先端モデル動物支援プラットフォーム成果発表会
• [Presentation] Repulsive guidance molecule FLRT2 regulates neuronal migration and social (2019)
  • Author(s): 山岸 覚、衛藤史博、篠田 陽、小川修二、矢尾育子、宮川 剛、高雄啓三、佐藤康二
  • Organizer: 学術研究支援基盤形成先端モデル動物支援プラットフォーム成果発表会
• [Presentation] 行動学的解析支援-大規模行動解析データの二次利用方法と行動解析用ソフトウエアの紹介 (2019)
  • Author(s): 服部聡子, 昌子浩孝, 高雄啓三, 宮川 剛
  • Organizer: 学術研究支援基盤形成先端モデル動物支援プラットフォーム成果発表会
• [Presentation] IgA 欠損マウスにおける生体機能に関する解析 (2019)
  • Author(s): 安達貴弘, 高雄啓三, 永石宇司, 渡部太郎
  • Organizer: 学術研究支援基盤形成先端モデル動物支援プラットフォーム成果発表会
• [Presentation] ストレス応答性翻訳制御因子NFAR2の天然変性領域欠損マウスの網羅的行動解析 (2018)
  • Author(s): 山下 映, 藤井一希, 腰高由美恵, 安達真由美, 笹川恵理, 中川真一, 高雄啓三、椎名伸之
  • Organizer: 第41回日本分子生物学会年会
• [Presentation] Repulsive axon guidance molecule FLRT2 regulates neuronal migration and social behavior. (2018)
  • Author(s): S. Yamagishi, Y. Shinoda, S. Ogawa, T. Miyakawa, K. Takao, K. Sato
  • Organizer: 48th Annual meeting of Society for Neuroscience
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Protein distributionand functional characterization of CASK-interacting protein 1 (Caskin1) in mice. (2018)
  • Author(s): T. Katano, K. Takao, M. Abe, M. Yamazaki, M. Watanabe, T. MIiyakawa, K. Sakimura, S. Ito
  • Organizer: 48th Annual meeting of Society for Neuroscience
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Generation of glycine receptor alpha 4 knockout mice using high-efficient modified CRISPR-Cas9 protocol. (2018)
  • Author(s): M. I. Darwish, K. Uno, K. Takao, H. Nishizono
  • Organizer: 48th Annual meeting of Society for Neuroscience
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Pelizaeus-Merzbacher disease様ヒト先天性大脳白質形成不全症に関わるグリシンレセプターα4ノックアウトマウスの作製と病熊解析 Generation and characterization of glycine receptor algha 4 subunit (Glra4) knockout mice. (2018)
  • Author(s): 西園啓文, Darwish Mohamed lbrahem, 澤田瞳子, 高雄啓三
  • Organizer: 第41回日本神経科学大会
• [Presentation] Cdkl5ノックアウトマウスの網羅的行動解析の結果、不安・恐怖関連行動の著しい亢進、うつ様行動と社会性の特異な変化と、空間記憶の獲得と保持の障害が明らかとなった。 (2018)
  • Author(s): 田中輝幸, 奥田耕助, 高雄啓三, 渡邉 紀, 水口 雅, 宮川 剛
  • Organizer: 第41回日本神経科学大会
• [Presentation] CASK-interacting_protein 1 (Gaskin 1)の中枢神経系における機能的特徴の解析 (2018)
  • Author(s): 片野泰代, 高雄啓三, 阿部 学, 山崎真弥, 渡辺雅彦, 宮川 剛, 崎村建司, 伊藤誠二
  • Organizer: 第41回日本神経科学大会
• [Presentation] ミクログリアに発現する電位依存性プロトンチャンネルの加齢依存的な機能 (2018)
  • Author(s): 河合喬文, 高雄啓三, 崎村健司, 宮川 剛 , 岡村康司
  • Organizer: 第41回日本神経科学大会
• [Presentation] 神経軸索ガイダンス分子FLRT2による社会性行動制御 Repulsive axon guidance molecule FLRT2 regulates neuronal migration and Social Behavior (2018)
  • Author(s): 山岸 覚, 篠田陽, 小川修平, 宮川 剛 , 高雄啓三, 佐藤康二
  • Organizer: 第41回日本神経科学大会
• [Presentation] 精神疾患モデルマウスにおける軽度慢性炎症 (2018)
  • Author(s): 高雄啓三
  • Organizer: 第8回オルソオルガノジェネシス検討会
• [Presentation] APPノックインマウスの若齢期における行動表現型解析 (2018)
  • Author(s): 木村公洋, 藤井一希, 腰高由美恵, 安達真由美, 松尾美奈, 柳橋裕子, 斉藤貴志, 西道隆臣, 高雄啓三
  • Organizer: 第65回日本実験動物学会総会
• [Presentation] 合成オピオイドフェンタニルの慢性投与がマウスの行動特性に与える影響 (2018)
  • Author(s): 藤井一希, 腰高由美恵, 安達真由美, 高雄啓三
  • Organizer: 第65回日本実験動物学会総会
• [Presentation] マウス大脳皮質におけるアグリカン陽性ペリニューロナルネットの発現 (2018)
  • Author(s): 上野浩司, 高雄啓三, 藤井一希, 末光俊介, 岡本基, 石原武士
  • Organizer: 第95回日本生理学会大会
• [Presentation] Behavioral physiological approach to the pathology and treatment of psychiatric disorders (2018)
  • Author(s): 高雄 啓三
  • Organizer: 第８回新潟大学脳研究所共同研究拠点国際シンポジウム
• [Presentation] 遺伝子改変マウスの行動解析を起点とした精神疾患研究 (2017)
  • Author(s): 高雄 啓三
  • Organizer: 2017年度 生命科学系学会合同年次大会 ConBio2017
• [Presentation] ノンコードゲノム領域の機能理解へのGenome Architectureの試み (2017)
  • Author(s): 北野翔平, 金子真也, 高雄啓三, 相澤康則
  • Organizer: 2017年度生命科学系学会合同年次大会 ConBio2017
• [Presentation] マウス大脳皮質におけるパルブアルブミンニューロンと神経細胞周囲網の年齢に関連した変化 (2017)
  • Author(s): 上野浩司, 高雄啓三, 末光俊介, 岡本 基, 石原武士
  • Organizer: 2017年度生命科学系学会合同年次大会 ConBio2017
• [Presentation] Mouse behavioral phenotype database. (2017)
  • Author(s): Satoko Hattor, Hirotaka Shoji, Keizo Takao, Tsuyoshi Miyakawa
  • Organizer: Advances in Neuroinformatics
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Bidirectional role of postsynaptic cAMP and cGMP in synaptic plasticity and memory (2017)
  • Author(s): Borovac J, Luyben T, Takao K, Okamoto K
  • Organizer: 47th Annual meeting of Society for Neuroscience
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] CDKL5 controls postsynaptic localization of GluN2B-containing NMDA receptors in the hippocampus, and regulates seizure susceptibility, as well as emotional behaviors and memory (2017)
  • Author(s): Tanaka T, Okuda K, Kobayashi S, Fukaya M, Takao K, Watanabe A, Murakami T, Hagiwara M, Komano- Inoue S, Manabe H, Yamaguchi M, Sakagami H, Miyakawa T, Mizuguchi M, Manabe T
  • Organizer: 47th Annual meeting of Society for Neuroscience
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 「こころ」の物質的基盤を探る行動生理学的アプローチ (2017)
  • Author(s): 高雄啓三
  • Organizer: 第9回 光操作研究会
• [Presentation] シプナスオーガナイザー遺伝子点変異導入マウスを用いた神経発達障害発症機構の解明 (2017)
  • Author(s): 吉田知之、山形敦史、田端彩子、和泉宏謙、城島知子、金 主賢、深田優子、深田正紀、高雄啓三、森 寿、深井周也
  • Organizer: 第39回日本生物学的精神医学会,第47回日本神経精神薬理学会
• [Presentation] 恒常性維持機構の破綻としての精神疾患 (2017)
  • Author(s): 高雄啓三
  • Organizer: 第7回オルソオルガノジェネシス検討会
• [Presentation] 空間弁別に必要なセプチン依存的シナプス制御 (2017)
  • Author(s): 上田（石原）奈津実, 深澤有吾, 鈴木悠大, 増田啓吾, 高雄啓三, 宮川 剛, 尾藤晴彦, 木下 専
  • Organizer: 第40回日本神経科学大会
• [Presentation] West 症候群・Rett 症候群の原因遺伝子CDKL5の相互作用蛋白探索とloss-of -function 解析による統合的機能解明 (2017)
  • Author(s): 田中輝幸, 奥田耕助, 小林静香, 村上拓冬, 深谷昌弘, 高雄啓三, 渡邊 紀, 萩原 舞, 阪上洋行, 水口 雅, 宮川 剛, 真鍋俊也
  • Organizer: 第40回日本神経科学大会
• [Presentation] 転写因子ATF5の欠損は行動異常を引き起こす (2017)
  • Author(s): 梅村真理子, 小倉多恵, 金子泰之, 中野春男, 高橋 滋, 高雄啓三, 宮川 剛, 高橋勇二
  • Organizer: 第40回日本神経科学大会
• [Presentation] 統合失調症モデル Schnurri-2 ノックアウトマウスの歯状回顆粒細胞における三次元電子顕微鏡解析 (2017)
  • Author(s): 中尾章人, 高雄啓三, 大平耕司, 宮崎直幸, 村田和義, 宮川 剛
  • Organizer: 第40回日本神経科学大会
• [Presentation] オーファン代謝型受容体 Prrt 3の大脳特異的ノックアウトマウスの行動解析、およびそのリガンド同定に向けた小分子ライブラリーのスクリーニング (2017)
  • Author(s): 陳 以珊, 山本友美, 周 麗, 夏目里恵, 今野幸太郎, 上杉志成, 渡辺雅彦, 高雄啓三, 宮川 剛, 崎村健司, 久保義弘
  • Organizer: 第40回日本神経科学大会
• [Presentation] ミクログリアに発現する電位依存性プロトンチャネルの脳内における発現差異とその機能 (2017)
  • Author(s): 河合喬文, 高雄啓三, 崎村健司, 宮川 剛, 岡村康司
  • Organizer: 第40回日本神経科学大会