高速2光子軸索機能イメージングで読み解く軸索神経活動の発振現象と行動連関

• Project Area: Non-linear Neuro-oscillology: Towards Integrative Understanding of Human Nature
• Project/Area Number: 18H04934
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Institution: Tamagawa University (2019); The University of Tokyo (2018)
• Principal Investigator: 田中 康裕 玉川大学, 脳科学研究所, 准教授 (20533128)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2020-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2019)
• Budget Amount: ¥5,720,000 (Direct Cost: ¥4,400,000、Indirect Cost: ¥1,320,000); Fiscal Year 2019: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000); Fiscal Year 2018: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000)
• Keywords: オシロロジー / 大脳皮質 / 軸索イメージング / 運動野 / 発振現象 / カルシウム / 軸索 / 2光子顕微鏡 / カルシウムイメージング / 粒子フィルタ

Outline of Annual Research Achievements

本研究課題の目的は軸索神経活動の発振状態や同期化と行動との関連を調べ、文脈依存的な同期化などを探索することである。2018年度は視床から一次運動野へ投射する軸索の神経活動と行動に関する変数との関連性が大脳皮質の層により異なることを見出し、さらに皮質軸索イメージングを行いながら皮質下で光刺激を行い光刺激誘導性の軸索活動を観察するなどして、これらを国際誌に発表した。今年度は、これらの技術で観察された軸索発振現象と電気生理的な発振現象との関係を明らかにするため、皮質全層から記録を行う事の出来る多点電極を持つ細胞外記録法の導入と実験系の立ち上げを行った。この細胞外記録法を学ぶために、オシロロジー領域の支援を受けてロンドン大学でのトレーニングコースに参加した。また上記、一次運動野における軸索活動と行動連関の論文において示唆された大脳基底核回路と小脳回路の依存関係について、神経回路モデルを立てて、実験結果をうまく説明することができたので、これらの結果について投稿準備中である。独立して研究室を立ち上げ、イメージング実験は共同研究ベースで行う事となったが、電気生理実験に加え、これまでのデータの解析を継続している。現在の研究室では行動中の生体を用いた多細胞の電気生理が可能となったため、今後はイメージングや光刺激実験なども立ち上げ、これまでも行ってきた神経活動と動物行動の連関を明らかにする実験を継続し、その合理的な解釈を可能とするモデル化研究も発展させる予定である。

Research Progress Status

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Motor learning requires myelination to reduce asynchrony and spontaneity in neural activity (2019)
  • Author(s): Kato Daisuke、Wake Hiroaki、Lee Philip R.、Tachibana Yoshihisa、Ono Riho、Sugio Shouta、Tsuji Yukio、Tanaka Yasuyo H.、Tanaka Yasuhiro R.、Masamizu Yoshito、Hira Riichiro、Moorhouse Andrew J.、Tamamaki Nobuaki、Ikenaka Kazuhiro、Matsukawa Noriyuki、Fields R. Douglas、Nabekura Junichi、Matsuzaki Masanori
  • Journal Title: Glia Volume: 68 Issue: 1 Pages: 193-210
  • DOI: 10.1002/glia.23713
  • NAID: 120006775953
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Thalamocortical Axonal Activity in Motor Cortex Exhibits Layer-Specific Dynamics during Motor Learning (2018)
  • Author(s): Tanaka Yasuyo H.、Tanaka Yasuhiro R.、Kondo Masashi、Terada Shin-Ichiro、Kawaguchi Yasuo、Matsuzaki Masanori
  • Journal Title: Neuron Volume: 100 Issue: 1 Pages: 244-258
  • DOI: 10.1016/j.neuron.2018.08.016
  • NAID: 40021939701
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Two-photon imaging of neuronal activity in motor cortex of marmosets during upper-limb movement tasks (2018)
  • Author(s): Ebina T, Masamizu Y, Tanaka YR, Watakabe A, Hirakawa R, Hirayama Y, Hira R, Terada S, Koketsu D, Hikosaka K, Mizukami H, Nambu A, Sasaki E, Yamamori Y, Matsuzaki M
  • Journal Title: Nat Commun Volume: 9 Issue: 1 Pages: 1879-1879
  • DOI: 10.1038/s41467-018-04286-6
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] Cortical manifestation of cerebellar and basal-ganglia information via thalamus during motor learning. (2020)
  • Author(s): Tanaka YR, Tanaka YH, Matsuzaki M.
  • Organizer: The Eighth International Neural Microcircuit Conference.
  • Invited
• [Presentation] Decoding animal behavior from cellular‐resolution neural data. (2020)
  • Author(s): Tanaka YR, Masamizu Y, Tanaka YH, Shinotsuka T, Matsuzaki M.
  • Organizer: The 97th Annual Meeting of the Physiological Society of Japan
  • Invited
• [Presentation] Layer-Specific Dynamics of Thalamocortical Inputs during Motor Learning (2020)
  • Author(s): Tanaka YR, Tanaka YH, Kawaguchi Y, Matsuzaki M.
  • Organizer: The 125th Annual Meeting of the Japanese Association of Anatomists
  • Invited
• [Presentation] 運動学習中の大脳皮質入出力の層特異的な神経活動ダイナミクス (2020)
  • Author(s): 田中康裕, 田中康代, 正水芳人, 川口泰雄, 松崎政紀.
  • Organizer: 第125回日本解剖学会総会・全国学術集会
• [Presentation] The influence of LTP induction on back-propagated action potentials on dendrites: analysis using optical imaging with voltage sensitive dye. (2019)
  • Author(s): Sugimoto S, Kawai M, Kondo M, Tanaka YR, Aihara T.
  • Organizer: NEUROSCIENCE2019, Society for Neuroscience 49th Annual Meeting
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Analysis of back-propagated action-potential modulated by LTP induction in hippocampus granule cells. (2019)
  • Author(s): Sugimoto S, Kawai M, Kondo M, Tanaka YR, Aihara T.
  • Organizer: NEURO2019, The 42nd Annual Meeting of the Japan Neuroscience Society, The 62nd Annual Meeting of Japanese Society for Neurochemistry
• [Presentation] マウス運動学習時に視床を介して大脳皮質運動野へ送られる基底核・小脳入力. (2019)
  • Author(s): 田中康裕, 田中康代, 松崎政紀.
  • Organizer: 第34回日本大脳基底核研究会
  • Invited
• [Presentation] Thalamocortical Axonal Activity in Motor Cortex Exhibits Layer-Specific Dynamics during Motor Learning. (2019)
  • Author(s): Tanaka YR, Tanaka YH, Kawaguchi Y, Matsuzaki M,
  • Organizer: Neural Oscillation Conference 2019
• [Presentation] Thalamocortical Axon Activity in Motor Cortex Exhibits Layer-Specific Dynamics during Motor Learning (2019)
  • Author(s): Tanaka YR, Tanaka YH, Kondo M, Terada S, Kawaguchi Y, Matsuzaki M
  • Organizer: The 9th Federation of Asian and Oceanian Physiological Societies Congress
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 大脳皮質と関連皮質下領域が作るループ構造に関する機能形態学的研究 (2019)
  • Author(s): 田中康裕
  • Organizer: 第124回日本解剖学会全国学術集会
  • Invited
• [Presentation] Emerging dynamics of thalamocortical ensemble activity through learning of self-initiated lever pull (2018)
  • Author(s): Tanaka YH, Tanaka YR, Kondo M, Terada S, Kawaguchi Y, Matsuzaki M
  • Organizer: The 41st Annual Meeting of the Japan Neuroscience Society
  • Int'l Joint Research
• [Remarks] translationReg, Github repository
  • URL: https://github.com/YR-T/translationReg