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2016 Fiscal Year Annual Research Report

ラットの神経回路基盤同定による地図記憶参照型ナビゲーションの機能解明

Planned Research

Project AreaSystems Science of Bio-navigation
Project/Area Number 16H06543
Research InstitutionDoshisha University

Principal Investigator

高橋 晋  同志社大学, 研究開発推進機構, 准教授 (20510960)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 苅部 冬紀  同志社大学, 研究開発推進機構, 准教授 (60312279)
Project Period (FY) 2016-06-30 – 2021-03-31
Keywords場所細胞
Outline of Annual Research Achievements

本計画研究では、代表研究者がこれまでに培ってきた最先端のマルチニューロン活動記録法により、数百個の場所細胞活動を同時記録する。加えて、ナビゲーションに至る体内と環境の情報を多次元的に同時計測する。そして、それら場所細胞と体内外の情報を対応させることで、記憶を参照し目的地へ導く地図記憶参照型ナビゲーションの機能を分析する。体外環境を動的に変化させる環境介入と、光遺伝学を活用した神経活動操作による神経活動介入を実施し、同定したモデルの妥当性を予測性能から検証する。この計測―分析―理解―検証サイクルを繰り返しながら、野外や3次元空間にも一般化できるナビゲーション機能を解明する。
本年度は、実験室内を自由にナビゲーションするラット・マウスの場所細胞活動、局所脳波、位置、移動速度・加速度等を同時に計測する多次元データ計測システムを確立した。更に、無拘束で神経活動を記録することができるデータロガーを導入することにより、自然なナビゲーション行動と多次元データを対応させ収集することが可能になった。加えて、電子制御の開閉ゲートや光手掛かり提示装置などを配置し、それらをリアルタイムに制御することが可能なナビゲーション環境を構築した。B01飛龍と共同で実施するコウモリでの神経活動計測に備え、まず適切な実験パラダイムや設備の準備を始めた。神経活動計測については、麻酔下のげっ歯類で動作チェックするとともに、コウモリの海馬へ電極を留置する準備実験を実施した。B01依田の分担者牧口と共同で実施するサケの脳活動計測に向けた予備実験を共同で行った。マスを実験材料として電極とロガーの設置方法について検討した。A02前川と共同で実施するナビゲーション行動と神経活動の関係性の解析に向け、深層学習法を活用したマウスの移動行動の分析を実施したところ、健常マウスと病態モデルマウスの移動行動を高精度に弁別することができた。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

本年度は、実験室内を自由にナビゲーションするラット・マウスの場所細胞活動、局所脳波、位置、移動速度・加速度等を同時に計測する多次元データ計測システムを確立した。更に、無拘束で神経活動を記録することができるデータロガーを導入することにより、自然なナビゲーション行動と多次元データを対応させ収集することが可能になった。加えて、電子制御の開閉ゲートや光手掛かり提示装置などを配置し、それらをリアルタイムに制御することが可能なナビゲーション環境を構築した。B01飛龍と共同で実施するコウモリでの神経活動計測に備え、まず適切な実験パラダイムや設備の準備を始めた。神経活動計測については、麻酔下のげっ歯類で動作チェックするとともに、コウモリの海馬へ電極を留置する準備実験を実施した。B01依田の分担者牧口と共同で実施するサケの脳活動計測に向けた予備実験を共同で行った。マスを実験材料として電極とロガーの設置方法について検討した。A02前川と共同で実施するナビゲーション行動と神経活動の関係性の解析に向け、深層学習法を活用したマウスの移動行動の分析を実施したところ、健常マウスと病態モデルマウスの移動行動を高精度に弁別することができた。
以上のように、本研究で計画した課題を概ね達成することができたため、「おおむね順調に進展している」と判断した。

Strategy for Future Research Activity

次年度以降は本格的な記録実験をスタートする。地図記憶を参照し目的地へナビゲーションする課題をラット・マウスに訓練する。多次元データ計測システムを活用して、課題遂行中のラット・マウスの海馬から場所細胞活動、局所脳波、動物の移動速度・加速度などを同時記録し続ける。様々な場所細胞の活動パターンの差異を記憶課題の違いと対応させ、地図記憶参照型ナビゲーションの機能を地図記憶の変化から解明する。
A02前川との共同研究を通して、地図記憶参照型ナビゲーション中の移動行動を深層学習法により解析する。
B01依田との共同研究を通して、海鳥(オオミズナギドリ)とサケあるいはマスの脳から脳神経活動を計測するシステムを構築し、長距離ナビゲーション中の脳神経活動を解明する。
B01飛龍との共同研究を通して、飛翔中のコウモリ海馬から神経細胞活動・脳波を同時計測し、場所細胞活動を手掛かりとして、野外や3次元空間にも一般化できるナビゲーション機能を解明する。

  • Research Products

    (15 results)

All 2017 2016

All Journal Article (5 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 3 results,  Open Access: 1 results,  Acknowledgement Compliant: 2 results) Presentation (10 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results)

  • [Journal Article] Hippocampal-prefrontal theta phase synchrony in planning of multi-step actions based on memory retrieval2017

    • Author(s)
      Ishino Seiya、Takahashi Susumu、Ogawa Masaaki、Sakurai Yoshio
    • Journal Title

      European Journal of Neuroscience

      Volume: 45 Pages: 1313~1324

    • DOI

      10.1111/ejn.13547

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] 脳内ナビゲーション・システム―海馬の場所細胞―2017

    • Author(s)
      髙橋晋、井出薫
    • Journal Title

      日本ロボット学会誌

      Volume: 印刷中 Pages: 印刷中

    • Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Using a novel PV-Cre rat model to characterize pallidonigral cells and their terminations2016

    • Author(s)
      Oh, YM., Karube, Y., Takahashi, S., Kobayashi, K., Takada M., Uchigashima, M., Watanabe, M., Nishizawa, K., Kobayashi, K., Fujiyama, F
    • Journal Title

      Brain Structure and Function

      Volume: - Pages: -

    • DOI

      doi:10.1007/s00429-016-1346-2

    • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Similarity in Neuronal Firing Regimes across Mammalian Species2016

    • Author(s)
      Mochizuki, Y., Takahashi, S., Richmond, B.J, Shinomoto, S. 他50名
    • Journal Title

      Journal of Neuroscience

      Volume: 36 Pages: 5736-5747

    • DOI

      doi:10.1523/JNEUROSCI.0230-16.2016

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] 大脳基底核の機能と構造2016

    • Author(s)
      藤山文乃、髙橋晋、苅部冬紀
    • Journal Title

      Clinical Neuroscience

      Volume: 35 Pages: 268-270

  • [Presentation] sing a novel PV-cre rat model to characterize pallidonigral cells and terminations2017

    • Author(s)
      呉 胤美, 苅部 冬紀, 高橋晋, 小林 憲太, 高田 昌彦, 小林 和人, 藤山 文乃
    • Organizer
      第122回 日本解剖学会 総会・全国学術集会
    • Place of Presentation
      長崎大学(長崎県長崎市)
    • Year and Date
      2017-03-28 – 2017-03-28
  • [Presentation] Hippocampal-prefrontal interaction during original task learning and relearning2016

    • Author(s)
      Machino, Y., Takahashi, S., Sakurai, Y.
    • Organizer
      Society for Neuroscience meeting
    • Place of Presentation
      SanDiego, USA
    • Year and Date
      2016-11-15 – 2016-11-15
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Learning stages in a rule switching task affects theta-gamma couplings in rat hippocampus2016

    • Author(s)
      Nakazono, T., Takahashi, S., Sakurai, Y.
    • Organizer
      Society for Neuroscience meeting
    • Place of Presentation
      SanDiego, USA
    • Year and Date
      2016-11-14 – 2016-11-14
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Volitional modulation of neuronal activities among multiple neuron groups via neuronal operant conditioning2016

    • Author(s)
      Song, K., Takahashi, S., Sakurai, Y.
    • Organizer
      Society for Neuroscience meeting
    • Place of Presentation
      SanDiego, USA
    • Year and Date
      2016-11-14 – 2016-11-14
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] ラット皮質における随意的発火調節のニューロン集団間での転移2016

    • Author(s)
      宋 基燦, 高橋晋, 櫻井芳雄
    • Organizer
      第39回日本神経科学大会
    • Place of Presentation
      パシフィコ横浜(神奈川県横浜市)
    • Year and Date
      2016-07-22 – 2016-07-22
  • [Presentation] マウス淡蒼球外節におけるNeurokinin-1受容体陽性細胞の形態学的・電気生理学的性質を解明する2016

    • Author(s)
      水谷 和子, 苅部 冬紀, 高橋晋, 小林 憲太, 藤山 文乃
    • Organizer
      第39回日本神経科学大会
    • Place of Presentation
      パシフィコ横浜(神奈川県横浜市)
    • Year and Date
      2016-07-21 – 2016-07-21
  • [Presentation] ラットの海馬・前頭前野における再学習中の神経機構2016

    • Author(s)
      町野友理, 高橋晋, 櫻井芳雄
    • Organizer
      第39回日本神経科学大会
    • Place of Presentation
      パシフィコ横浜(神奈川県横浜市)
    • Year and Date
      2016-07-21 – 2016-07-21
  • [Presentation] パーキンソン病モデルマウスの一次運動野における光遺伝学を活用した神経細胞活動の操作2016

    • Author(s)
      高橋晋, 小林 憲太, 苅部 冬紀, 藤山 文乃
    • Organizer
      第39回日本神経科学大会
    • Place of Presentation
      パシフィコ横浜(神奈川県横浜市)
    • Year and Date
      2016-07-20 – 2016-07-20
  • [Presentation] 淡蒼球外節から黒質緻密部ドーパミンニューロンへの抑制性入力を解明する2016

    • Author(s)
      呉 胤美, 苅部 冬紀, 高橋晋, 小林 憲太, 高田 昌彦, 小林 和人, 藤山 文乃
    • Organizer
      第39回日本神経科学大会
    • Place of Presentation
      パシフィコ横浜(神奈川県横浜市)
    • Year and Date
      2016-07-20 – 2016-07-20
  • [Presentation] 報酬確率学習課題中の海馬における神経表象2016

    • Author(s)
      高橋 裕美, 廣川 純也, 高橋晋, 櫻井 芳雄
    • Organizer
      第39回日本神経科学大会
    • Place of Presentation
      パシフィコ横浜(神奈川県横浜市)
    • Year and Date
      2016-07-20 – 2016-07-20

URL: 

Published: 2018-01-16  

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