2018 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
| Project Area | Systems Science of Bio-navigation |
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| Project/Area Number |
16H06543
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| Research Institution | Doshisha University |
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Principal Investigator |
高橋 晋 同志社大学, 脳科学研究科, 教授 (20510960)
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| 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)
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| Project Period (FY) |
2016-06-30 – 2021-03-31
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| Keywords | 場所細胞 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
驚異的なナビゲーション能力を誇る動物は、地図を使わずにどのように迷わず餌場を見つけ、帰巣するのだろうか？ 動物が特定の場所を通過したときに活動する脳神経細胞―海馬の場所細胞―を手掛かりとし、同時に体内外の情報を計測できれば、ナビゲーション機能が理解できるかもしれない。そこで本計画研究では、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。更に、ナビゲーション行動を状態遷移モデルで表現し理解する。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。
これまでに、無線神経活動ロガーシステムを活用することで、生態学チームとの異分野融合研究を通じ、自由に歩行している海鳥の雛と遊泳するマスの終脳から神経細胞活動を計測することができ、ナビゲーション移動行動と相関関係のある神経細胞活動を同定することができた。これらの研究成果は、国内外の会議で報告した。更に、本計画研究で独自に開発し特許出願した再構成可能な迷路を活用し、様々なナビゲーション移動行動課題をラットに訓練し、場所細胞活動を記録した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本計画研究では、生物ナビゲーションを理解し、その普遍的な応用を目指す本領域の目的達成に寄与し、神経科学だけではなく、生態学分野など関連分野の発展にも貢献するため、以下の課題を設定し研究を実施した。
課題(1)では、昨年度までに構築した無線神経活動ロガーシステムの有効性を検証するため、実験室内でのラットやマウスを用いた実験だけではなく、B01依田と共同し、自然環境下でナビゲーション移動行動する海鳥やマスを対象とした実験を実施した。結果として、円形のオープンフィールド内を自由に歩行している海鳥から神経細胞活動を計測することに成功した。また、B01依田分担牧口と共同したマスの実験においても、遊泳するマスの終脳から神経細胞活動を記録することができた。
課題(3)では、「環境・神経活動介入」を目的として、昨年度に特許出願した環境介入装置「再構成可能な迷路」を活用することで、多様なナビゲーション行動と脳神経活動の関係性を記録することができた。
課題(4)では、B01飛龍が中心となり、超小型神経活動ロガーの開発が順調に進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、構築した無線神経細胞ロガーシステムと本領域で開発しているログボットとの統合を促進し、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・ジャイロ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。渡りや母川回帰など、動物が自然界で行う驚異的なナビゲーション機能を解明するためには、生態学の協力が欠かせない。そこで、B01依田と共同することで実施してきた生態学と神経科学の異分野融合研究をより一層促進する。歩行中の海鳥雛から脳神経細胞活動を計測し、頭の向きや移動速度等に関連する神経細胞活動を同定する。また、B01依田分担の牧口と共同することで、遊泳中のマスから脳神経細胞活動を計測し移動行動に関連する神経細胞活動を同定する。
A02前川が開発した深層学習法DeepHLを活用することで、特定周波数帯の脳波パワーと移動行動との関連性を解析する。また、オプトジェネティクスによる神経細胞活動介入と移動行動との関連性を解析する。
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