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2014 Fiscal Year Annual Research Report

大脳メゾ回路におけるシナプス情報統合様式の解析

Planned Research

Project AreaMesoscopic neurocircuitry: towards understanding of the functional and structural basis of brain information processing
Project/Area Number 22115005
Research InstitutionNational Institute for Basic Biology

Principal Investigator

松崎 政紀  基礎生物学研究所, 光脳回路研究部門, 教授 (50353438)

Project Period (FY) 2010-04-01 – 2015-03-31
Keywords神経科学
Outline of Annual Research Achievements

個々の神経細胞は、全長で数ミリメートルにも及ぶ複雑な樹状突起構造を持つが、その複雑性の機能的意義は未解明である。その中でも、大脳皮質第5層錐体細胞が脳表近く第1層まで伸ばす樹状突起部位は、高次領野および視床からの入力を受けること、運動学習によって運動野第1層でのシナプス生成・消失が起こること、から、この部位でのシナプス情報統合の重要性が想定されている。しかし、その実体、機能、意義については不明である。そこで、本研究では、大脳皮質運動野第1層樹状突起・シナプスを、異なったメゾ回路からの情報が統合される基盤構造と位置づけ、この実体と演算機能、運動野メゾ回路最終出力としての個体運動に対する寄与を、主に光生理学的手法を用いて解明する。最終年度は、昨年度に引き続き、マウスの頭部固定でのレバー前肢運動課題遂行中での他領野からの大脳運動野第1層に入力する軸索、特に視床から入力する軸索の活動を2光子カルシウムイメージングによって計測した。画像の体動揺れを補正するために高速3次元イメージングから計測画面の補正を行うアルゴリズムの開発を行った。その結果、体動揺れが殆どない画像に補正でき、多数の軸索終末部の時系列蛍光変化データを得て解析を行った。その結果、レバー引きの開始やレバー引き中、終了時に強く活動する軸索を多く検出した。これらの軸索にチャネルロドプシン2を発現させ、これを光刺激することで前肢運動を誘発できること、前肢運度課題中に弱い光刺激を行うとレバー引き運動が増加することを見出した。またレバー前肢運動課題中での運動野錐体細胞の第1層樹状突起活動を計測可能とし、レバー前肢運動に関連する活動を検出することに成功した。これらの結果から、他領野から入力する軸索には運動関連活動をもつものがあり、この活動は、運動野錐体細胞の樹状突起活動に変換され、運動誘発に直接的に関与している可能性を示唆された。

Research Progress Status

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

26年度が最終年度であるため、記入しない。

  • Research Products

    (8 results)

All 2015 2014 Other

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results,  Open Access: 2 results) Presentation (3 results) (of which Invited: 3 results) Remarks (3 results)

  • [Journal Article] Reward-timing-dependent bidirectional modulation of cortical microcircuits during optical single-neuron operant conditioning.2014

    • Author(s)
      Hira R et al.
    • Journal Title

      Nature Communications

      Volume: 5 Pages: 5551

    • DOI

      10.1038/ncomms6551

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Two distinct layer-specific dynamics of cortical ensembles during learning of a motor task.2014

    • Author(s)
      Masamizu Y. et al.
    • Journal Title

      Nature Neuroscience

      Volume: 17 Pages: 987-994

    • DOI

      10.1038/nn.3739

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] Dynamics of cortical ensembles during motor learning and neuronal operant conditioning.2015

    • Author(s)
      松崎 政紀
    • Organizer
      MDFLI 国際シンポジウム
    • Place of Presentation
      国立京都国際会館(京都府京都市)
    • Year and Date
      2015-01-26 – 2015-01-26
    • Invited
  • [Presentation] Two-photon imaging of dynamics of cortical ensembles during motor learning.2015

    • Author(s)
      松崎 政紀
    • Organizer
      3rd Bioscience and Biotechnology International Symposium
    • Place of Presentation
      東京工業大学(神奈川県横浜市)
    • Year and Date
      2015-01-14 – 2015-01-14
    • Invited
  • [Presentation] 運動課題学習中の大脳運動野神経活動のダイナミクス2014

    • Author(s)
      松崎 政紀
    • Organizer
      第37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
      2014-09-12 – 2014-09-12
    • Invited
  • [Remarks]

    • URL

      http://www.nibb.ac.jp/circuits/pub/index.html

  • [Remarks]

    • URL

      http://www.nibb.ac.jp/pressroom/news/2014/11/24.html

  • [Remarks]

    • URL

      http://www.nibb.ac.jp/pressroom/news/2014/06/02.html

URL: 

Published: 2016-06-01  

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