2015 Fiscal Year Annual Research Report
コーディング手法を用いた異種感覚情報統合の神経基盤の解明
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15J02077
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
染谷 真琴 北海道大学, 生命科学院, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2015-04-24 – 2018-03-31
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| Keywords | 神経科学 / 多感覚統合 / 同定ニューロン / 聴覚 / 機械感覚 / 昆虫 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は，コオロギの気流感覚系と聴覚系をモデルとして，刺激方向情報処理に関する異種感覚統合の神経基盤を解析することを目的とした。コオロギの神経系において聴覚と気流感覚を統合する多感覚応答性ニューロン（multisensory neuron; MSN）は見つかっていないため，1年目ではMSNの同定を目指した。
始めに，MSNが存在する神経領域を絞り込むため，前胸神経節の上行性神経群の活動を細胞外記録法で測定した。記録された上行性神経群のなかに，音と気流の両刺激に対し応答するニューロンが観察され，この結果から，気流および聴覚情報を脳に運搬する以前にすでに多感覚統合がなされることが示唆された。細胞外記録で観察されたMSNを同定するため，細胞内記録法によるニューロンの活動計測，および色素導入による細胞形態の観察を行った。細胞内記録によって，すでに聴覚性二次感覚ニューロンとして同定されていたいくつかの細胞が，尾葉への機械（気流）刺激にも応答することが明らかになった。この結果から，初期の感覚情報処理段階において既に多感覚統合が生じていることが明らかになった。
MSNを同定できたことで，ニューロン内での異種感覚情報処理機構とそれが行動に与える影響を調べることが可能となった。先行研究から，聴覚系および気流感覚系は共に方向性をもった逃避行動を仲介し，同定されていた聴覚性二次感覚ニューロンの一つが逃避行動を引き起こすことが分かっている。本研究において，逃避行動を仲介する聴覚性感覚ニューロンが気流刺激にも応答し，また予備実験の結果からこのMSNが音および気流刺激に対し方向感受性をもつことも示唆された。これらの結果は，刺激方向情報処理に関する異種感覚統合が方向性をもった逃避行動に与える影響を解明するための大きな一歩となると考える。
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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
初年度の年次計画の一つである多感覚統合を行うニューロンの同定を達成することができた。しかし，多感覚応答性ニューロン（MSN）からの細胞内記録が安定せず，音と気流の同時提示時のMSNの刺激強度依存性，刺激方向依存性を明らかにできなかった。この問題を解決するため，2016年5月から英国ケンブリッジ大に約1ッ月間研究室訪問し，細胞内記録法の技術を習得する予定である。また2年目では，単一モダリティに応答するニューロンとMSNが果たす機能的役割を明らかにするため，多点電極を用いた細胞外記録を予定している。テトロード電極を使用した細胞外記録法の実験技術を習得するため，2015年11月に同志社大学に出向き，その後，所属する北海道大学において多点電極による細胞外記録のセットアップを構築した。
上記のように，年次計画の一つを達成し，来年度にむけて実験準備を行うこともできたため，実験はおおむね順調に進展していると考える。
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| Strategy for Future Research Activity |
2年目には下記の3つの実験を行う予定である。
1. 多感覚ニューロン（MSN）の機能推定。MSNからの細胞内記録時に，気流刺激と音刺激を単独および同時に与え，その 応答特性からMSNが異種刺激の同時性検出器および刺激方向一致検出器としての機能を持つかを調べる。さらに，それぞれの刺激の強度（流速および音圧）を変化させたときの反応加算の程度を調べることによって，同時性および刺激方向の一致検出の刺激強度依存性を明らかにする。
2. 多感覚情報の細胞内処理メカニズムの解析。細胞内記録法によりカルシウム感受性色素をMSN内に導入し，カルシウムイメージング法により樹状突起上における感覚モダリティごとの入力部位を明らかにする。
3.方向情報処理において単一の感覚モダリティに応答するニューロン（uni-sensory neuron; USN）と複数の感覚モダリティに応答するMSNが果たす機能的差異の解明。気流刺激と音刺激を単独および同時に与えたときの上行性神経活動を細胞外記録法により計測し，デコーディング手法によりUSNとMSN群が表現する情報を推定する。
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