Detection of singularity neurons during neural network formation
Publicly Offered Research
| Project Area | Singularity biology |
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| Project/Area Number |
19H05430
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Review Section |
Complex systems
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| Research Institution | Keio University |
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Principal Investigator |
岡 浩太郎 慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 教授 (10276412)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2021-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2020)
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| Budget Amount *help |
¥8,580,000 (Direct Cost: ¥6,600,000、Indirect Cost: ¥1,980,000)
Fiscal Year 2020: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2019: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
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| Keywords | システム生物学 / バイオイメージング / 神経生物学 / 生命情報学 / シンギュラリティ神経細胞 / 細胞内Ca応答 / タンパク質リン酸化 / 神経回路形成 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では神経回路中で、その全体の応答を制御するような神経細胞（この細胞をシンギュラリティ神経細胞と名付ける）がどのように形成されてくるのかを明らかにする。具体的にはラット培養神経細胞について、ランダムにまず神経回路をつくり、この神経回路に適当な摂動を加えることにより「神経回路の書き換え（リプログラミング）」を促す。このような回路の書き換えを起こさせた過程とその後に、種々の蛍光イメージング法を併用することにより、神経細胞間のシナプス接続と神経細胞のリン酸化レベルなどを調べる。これにより、「シンギュラリティ神経細胞はどのような神経活動を経て形成されたのか？」を明らかにする。
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| Outline of Annual Research Achievements |
ラット海馬分散培養系の培養初期段階では、活動電位が発生するタイミングは徐々に同期的になる。また、この時期には他の多くの細胞と機能的結合を持ち、ネットワーク全体の挙動を制御するような細胞（シンギュラリティ神経細胞）の存在が考えられる。そこで、そのトポロジーが大きく変化する神経ネットワーク形成過程で、どのようにシンギュラリティ神経細胞が生じ、その性質を維持するのか、また各ニューロンが持つ機能的結合数とタンパク質リン酸化度合いに相関はあるのかを明らかにすることを目的として研究を進めた。
Caイメージングの結果から神経発火を検出し、さらにTransfer Entropyを用いて機能的結合を算出した。解析の結果から、神経ネットワークはスケールフリーネットワークであることが明らかになった。また経日的な観察から、神経ネットワークの同期的な活動は一過的であることがわかった。高結合性ニューロンの比率は変化しないが、約半数の細胞がその結合性を変化させていた。次に、培養期間中に高結合性を維持し続けた細胞をさらにMaintain High Connectivity Neuron (MHC)と定義した。培養初期から後期にかけて存在し続けた結合について調べたところ、そのほとんどがMHC同士の結合であった。また、同期的な活動を示すネットワークに含まれる高結合性ニューロンでは、ERKのリン酸化度合いは他と比べて低かった。
以上の結果から高結合性を有するシンギュラリティ神経細胞の割合は培養日数によって変化しないが、個々の細胞の結合性は変化していることを時間を遡る逆解析から示すことができた。シンギュラリティ神経細胞同士の結合は培養後期でも維持された。また、高結合性ニューロンは他のニューロンと比べてネットワーク成熟に関わるタンパク質のリン酸化度合いは低く、これにより不要な結合が除去されていることが示唆された。
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| Research Progress Status |
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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Report
(2 results)
Research Products
(8 results)
