2015 Fiscal Year Research-status Report
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15KT0082
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| Research Institution | Doshisha University |
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Principal Investigator |
川口 真也 同志社大学, 研究開発推進機構, 准教授 (00378530)
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| Project Period (FY) |
2015-07-10 – 2019-03-31
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| Keywords | 学習 / シナプス可塑性 / 神経回路 / 可視化 / イメージング / 自己組織化 / 人工知能 / 培養細胞 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
培養神経細胞が自発的に作る神経回路に学習能力を構成することで、生き物の適応的な情報処理のしくみを明らかにすることが本研究の目的である。その構成的な研究戦略を実現するために、A. 神経回路からの出力読み取りを可能にする新規イメージング法開発、B. 神経回路へのフィードバック入力による学習誘導、C. 回路に学習能をもたらす要素の同定と操作、D. 学習能をもつ神経回路のモデル化によるシステム解析、という技術的に依存関係にある4項目を段階的に達成しながら、最終目標へ向けて研究を推進する。
本年度は、細胞膜電位依存性蛍光タンパク質プローブを改良し、小脳プルキンエ細胞での細胞内局在を均質化することを計画していた。当初予定通りに、蛍光プローブのC末部位にシナプス前部に輸送されやすくなるアミノ酸配列を付加し、細胞体・樹状突起だけでなく、軸索部へも輸送されるようになった。その結果、軸索終末からでも、ミリ秒レベルの高速の活動電位を、蛍光強度の変化として補足することに成功した。また、そのプルキンエ細胞が別のプルキンエ細胞に形成するシナプスで見られる短期促通の主要なメカニズムとして、シナプス前部からの直接記録を行うことにより、電位依存性Ｃａ電流の促通が重要であることを見出した。このＣａ電流促通によるシナプス伝達の促通機構は、プルキンエ細胞が小脳核細胞に形成するシナプスにおいても同様に作動しうることも分かった。この小脳核シナプスの場合には、活動電位が長い軸索を伝播して終末に到達する際にその振幅が減弱するために、シナプス伝達は促通ではなく抑圧されると考えられた。以上の標的依存的な短期シナプス可塑性のメカニズムについて、学術誌に発表した(Diaz-Rojas et al., J Physiol. 2015)。
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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
当初予定通りに、プルキンエ細胞の膜電位変化をイメージングにより実時間観測するための細胞膜電位依存性の蛍光タンパク質の開発に関して、軸索部への輸送を促進させる分子改変を試みた。その結果、プローブ分子の軸索での局在が増加し、軸索部およびその終末部において、活動電位の発生を蛍光強度の変化として検出することに成功した。
したがって、当初予定した通りに研究が進展していると考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
改良に成功した蛍光膜電位イメージングタンパク質を利用して、培養下のプルキンエ細胞から非侵襲的に電気活動を安定に長時間記録できるようにする。そして、ケージトグルタミン酸の紫外光照射による局所的活性化や、チャネルロドプシンを発現させた小脳顆粒細胞への選択的活性化を行うことにより、培養した神経ネットワークに刺激を自在にコントロールする。これにより、培養神経ネットワークへの入力を厳密に制御して、出力を捕捉することが出来るようになる。
この系を利用して、様々なパターンの光刺激を行うことで、神経回路の適応的情報処理変化を誘導し、培養皿上に学習能を創発させる研究展開を推進する。
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| Causes of Carryover |
研究に必要な消耗品は日常的に節約して使用しており、また前年度からの残りが利用可能であったため、当初想定より支出を節減することが出来た。また、出張にかかる旅費に関しては、別経費で手当てすることが出来たため、節減することが出来た。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
引き続き、研究の無駄を省くことで助成金の有効利用を図るとともに、そうした無駄を削減することにより生まれる余裕について、研究の進展状況に照らして新たに必要性が増してきた機器の購入など、少しでもより効果的な助成金の使途を考慮する。
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