2020 Fiscal Year Annual Research Report
Cortical local circuits for multi-area interconnectivity and parallel processing
| Project Area | Brain information dynamics underlying multi-area interconnectivity and parallel processing |
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| Project/Area Number |
17H06311
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| Research Institution | Tamagawa University |
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Principal Investigator |
川口 泰雄 玉川大学, 脳科学研究所, 研究員 (40169694)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
窪田 芳之 生理学研究所, 基盤神経科学研究領域, 准教授 (90192567) [Withdrawn]
高田 美絵子 (森島美絵子) 東京慈恵会医科大学, 医学部, 講師 (30435531)
大塚 岳 生理学研究所, 基盤神経科学研究領域, 助教 (10390692)
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| Project Period (FY) |
2017-06-30 – 2022-03-31
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| Keywords | 前頭皮質 / 錐体細胞 / ソマトスタチン細胞 / 局所回路 / 皮質間投射 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
前頭皮質局所サブネットワーク形成の機能的意義の理解と、前頭皮質固有の回路則の解明を目指して、以下の実験・解析を進めた。
(1) 5層終脳内投射錐体細胞(IT細胞)の投射多様性: 前頭皮質5層のIT細胞が電気的・生理的には多様であるが、投射する皮質領野との関係は不明である。この点を明らかにするために、Janelia Research Campusの公開データベースにある、単一IT細胞の皮質内軸索分布を定量解析した。その結果、5層IT細胞の中で、複数の皮質領野を支配するものは１層支配が強く、特定の領野だけを支配するものは１層に軸索をあまり出さないことが分かった。これらの皮質間投射細胞サブタイプの分子発現特異性と結合選択性を解析している。
(2) 前頭皮質ソマトスタチン(SOM)細胞の多様性: 前頭皮質のSOM細胞の機能はあまり解明されていない。新皮質2/3層の主要な投射先は、他の皮質領野である。本研究では前頭皮質2/3層で、発火・形態特性を同定したSOM細胞と皮質間投射錐体細胞の結合関係を調べることで、SOM細胞の機能的多様化と、前頭皮質2/3層興奮・抑制回路の結合原理を明らかにする。そのために、2/3層SOM細胞や皮質間投射錐体細胞の生理特性・分子発現・形態の解明を進めている。この解析に導入したSOM細胞にCreを発現するマウスで、SOM発現特異性を免疫組織化学の手法で調べた。前頭皮質2/3層では5/6層とは異なり、Creがソマトスタチン細胞選択的に発現することを確認した。次に、2/3層SOM細胞からホールセル記録することで、これらが電気生理学的に多様であることが分かった。この生理的多様性と、SOM細胞に発現する複数の分子マーカーとの関係を、記録細胞の免疫組織化学で検索した。電気生理的な性質及び分子マーカー発現が異なる細胞の樹状突起・軸索形態を定量的に比較している。
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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
新皮質局所サブネットワーク理解の為に明らかにしてきた5層興奮性局所回路と、前頭皮質の機能発現に重要な皮質間トップダウン投射の多様化とを結びつける端緒を掴むことができた。また、2/3層興奮性サブネットワークの抑制性制御を理解するのに必要と考えられるソマトスタチン細胞の多様性を明らかにすることができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでに明らかにした前頭皮質2/3層と5層の興奮性局所サブネットワークについて、それらの皮質間投射との関係や抑制性制御を明らかにすることで、前頭皮質の基本回路構造(標準)を明らかにしていきたい。
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Research Products
(10 results)
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[Journal Article] Deep learning-based point-scanning super-resolution imaging2021
Author(s)
Fang L, Monroe F, Novak SW, Kirk L, Schiavon CR, Yu SB, Zhang T, Wu M, Kastner K, Latif AA, Lin Z, Shaw A, Kubota Y, Mendenhall J, Zhang Z, Pekkurnaz G, Harris K, Howard J, Manor U
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Journal Title
Nature Methods
Volume: 18
Pages: 406-416
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Neurodegeneration of trigeminal mesencephalic neurons by the tooth loss triggers the progression of Alzheimer's disease in 3×Tg-AD model mice2020
Author(s)
Goto T, Kuramoto E, Dhar A, Wang RP, Seki H, Iwai H, Yamanaka A, Matsumoto SE, Hara H, Michikawa M, Ohyagi Y, Leung WK, Chang RC
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Journal Title
J Alzheimer’s Dis
Volume: 76
Pages: 1443-1459
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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