ゼブラフィッシュ捕食行動をモデルとした視覚認知と意思決定の神経メカニズムの解析

• Project Area: Elucidation of neural computation for prediction and decision making: toward better human understanding and applications
• Project/Area Number: 24120521
• 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: National Institute of Genetics
• Principal Investigator: 武藤 彩 国立遺伝学研究所, 個体遺伝研究系, 助教 (00525991)
• Project Period (FY): 2012-04-01 – 2014-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2013)
• Budget Amount: ¥12,090,000 (Direct Cost: ¥9,300,000、Indirect Cost: ¥2,790,000); Fiscal Year 2013: ¥6,110,000 (Direct Cost: ¥4,700,000、Indirect Cost: ¥1,410,000); Fiscal Year 2012: ¥5,980,000 (Direct Cost: ¥4,600,000、Indirect Cost: ¥1,380,000)
• Keywords: 捕獲行動 / ゼブラフィッシュ / 神経活動 / 視蓋 / ゾウリムシ / カルシウムイメージング / 神経毒 / GAL4 / UAS

Research Abstract

感覚情報の入力から行動の出力に至る過程の、種を越えた普遍的な神経メカニズムを細胞レベルで解析する実験系として、本研究ではゼブラフィッシュの稚魚が示す捕食行動を研究の対象とした。稚魚は餌となる小物体やゾウリムシなどの微生物を捕獲するが、その際に外界の物体が脳内でどのように認識されるのかに関して神経活動をリアルタイムで可視化した例はなかった。ゼブラフィッシュ稚魚は脳が透明で蛍光プローブを用いた脳機能イメージングに適している。私は活動電位発生に伴うカルシウム（Ca）シグナルをイメージングする方法として特に遺伝学的に細胞へ導入することが可能なタンパク質性のCaプローブGCaMPを用いた。従来のGCaMPでは自然な条件下における感覚系の神経活動で生じるCaシグナルを検出できるだけの十分な感度がないことが明らかになったため、GCaMPに種々のアミノ酸置換を施し非常に高感度なGCaMP7aを作出した。このGCaMP7aを脳部域特異的に発現させるために、Gal4-UASシステムを利用した。UAS:GCaMP7a遺伝子導入ゼブラフィッシュを作製し、遺伝子トラップスクリーニングで得られた中脳視蓋などの脳部域特異的なGal4系統を併せて用いることにより、脳活動を可視化するシステムを確立した。実際に稚魚の餌となるゾウリムシが周囲を泳ぐ状況において、ゾウリムシの存在が中脳視蓋の神経活動として観察された。特に、捕獲行動につながる神経シグナルが視蓋の前方部に観察されることを見出した。

Current Status of Research Progress

Reason

25年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

25年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Targeted expression of a chimeric channelrhodopsin in zebrafish under regulation of Gal4-UAS system. (2013)
  • Author(s): Umeda K, Shoji W Sakai S, Muto A, Kawakami K, Ishizuka T, and Yawo H
  • Journal Title: Neuroscience Research Volume: 75 Issue: 1 Pages: 69-75
  • DOI: 10.1016/j.neures.2012.08.010
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Prey capture in zebrafish larvae serves as a model to study cognitive functions (2013)
  • Author(s): Muto, A., and Kawakami, K.
  • Journal Title: Frontiers in Neural Circuits Volume: 7 Pages: 110-110
  • DOI: 10.3389/fncir.2013.00110
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Real-time visualization of neuronal activity during perception (2013)
  • Author(s): Muto A, Ohkura M, Abe G, Nakai J, Kawakami K
  • Journal Title: Current Biology Volume: 23 Issue: 4 Pages: 307-311
  • DOI: 10.1016/j.cub.2012.12.040
  • Peer Reviewed
• [Remarks] Close-up! インタビュー第17回脳が見えてくる？－脳の働く様子をリアルタイムで可視化
  • URL: http://www.nig.ac.jp/section/intindex/1196.html
• [Remarks] 知覚時の神経活動リアルタイム可視化
  • URL: http://youtu.be/jROtX4h1IGU
• [Remarks] 脳に映る視覚世界をリアルタイムで観察
  • URL: http://youtu.be/xCMwaks1N-g