2019 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苅部 冬紀 同志社大学, 研究開発推進機構, 准教授 (60312279) [Withdrawn]
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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 |
本計画研究では、マルチニューロン活動記録法により、複数の場所細胞活動を同時記録し、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。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。
本年度は、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することで、様々なナビゲーション移動行動課題をラットやマウスに訓練し、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試みを実施し、その結果を纏め、国際学術誌に論文として報告した。また、海馬神経活動の介入や脳波とのコヒーレンスを考慮した解析を行い、それらの結果を2本の論文として国際学術誌において報告した。更に、光遺伝学の介入方法を確立し、その手法に関連した論文を国際学術誌において報告した。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、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ことで、海鳥の嗅内皮質に哺乳類に類似したグリッド細胞、境界細胞、頭方位細胞が存在することを発見した。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、頭方位細胞を同定した。A02前川が開発した深層学習法DeepHLのビデオ拡張を活用することにより、ナビゲーション障害を移動行動から理解する試みを実施した。
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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
本年度は、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することで、様々なナビゲーション移動行動課題をラットやマウスに訓練し、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試みを実施し、その結果を纏め、国際学術誌に論文として報告した。また、海馬神経活動の介入や脳波とのコヒーレンスを考慮した解析を行い、それらの結果を2本の論文として国際学術誌において報告した。更に、光遺伝学の介入方法を確立し、その手法に関連した論文を国際学術誌において報告した。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、B01依田と共同することで、海鳥の嗅内皮質に哺乳類に類似したグリッド細胞、境界細胞、頭方位細胞が存在することを発見した。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、頭方位細胞を同定した。A02前川が開発した深層学習法DeepHLのビデオ拡張を活用することにより、ナビゲーション障害を移動行動から理解する試みを実施した。
このように計画通りに複数の論文報告と研究成果を得ることができたため、本研究課題はおおむね順調に進展していると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、本計画研究で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る。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することで、様々なナビゲーション移動行動課題をラットやマウスに訓練し、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、生態学と神経科学の共同研究が欠かせない。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。具体的には、歩行中の海鳥雛から計測した脳神経細胞活動とナビゲーション移動行動との関連性を分析し、哺乳類脳内にある類似の神経細胞活動と比較しながら、海鳥特有のナビゲーション機能を理解する。更に、磁気といった渡りに関連するとされる環境要因に対する神経細胞活動の反応特性も検討し、渡りを脳神経科学的に理解する。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。これまでにマスの脳内から発見した頭方位細胞と、ナビゲーション移動行動との関連性について分析し、母川回帰を脳神経科学的に理解する。A02前川が開発した深層学習法DeepHLのビデオ拡張を活用することにより、ナビゲーション障害を移動行動から理解する。また、A02前川が開発した機械学習法から導かれた、ヒト－マウス－線虫を跨ぐナビーション移動行動の比較から、神経伝達物質とナビーション移動行動の関連性について理解する。
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[Journal Article] The Reconfigurable Maze Provides Flexible, Scalable, Reproducible, and Repeatable Tests2020
Author(s)
Hoshino, S., Takahashi, R, Mieno, K., Tamatsu, Y., Azechi, H., Ide, K., Takahashi, S
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Journal Title
iScience
Volume: 23
Pages: 1-10
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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