2017 Fiscal Year Research-status Report
How does a single neural network generate multiple patterns of motions?
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17K07042
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
高坂 洋史 東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 講師 (20431900)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 神経回路 / コネクトミクス / オプトジェネティクス / 運動制御 / 介在神経細胞 / 軸性伝播 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
神経回路は、一般に複数の出力パターンを生成することが可能であるが、同一の神経回路がいかにして相異なる運動出力を生み出すのかは、ほとんど明らかになっていない。本研究は、ショウジョウバエ幼虫の示す二つの相異なる運動パターンをモデルとして、コネクトミクスによる回路同定と、活動可視化・制御による機能解析を進めている。
ショウジョウバエ幼虫は、前進運動と後退運動という相異なる運動を同一の神経回路を用いて生成する。これまでに、前進時にのみ活動するLr-F神経細胞と後退時にのみ活動するLr-B神経細胞を同定した。今年度は、この両者の機能、及び回路機構を明らかにするために、コネクトミクスを用いてLr-F及びLr-Bの上流・下流の神経接続を探索した。その結果、興味深いことにLr-FとLr-Bは回路下流の介在神経細胞を共有しており、同じ神経集団を使って、異なる運動パターンを生み出していることが明らかになった。また、この共有されている下流の神経細胞が、特定の機能を持った筋肉細胞集団を神経支配していることが明らかになった。また、Lr-FとLr-Bは体節をまたいで投射する神経細胞であることから、体節間の活動伝播が、体節内の活動パターン形成に関与することが明らかになった。更にLr-FおよびLr-Bの活動を阻害すると、筋収縮伝播において特定の運動で特定の筋細胞の収縮に影響が見られた。以上の結果から、異なる運動パターンを担う神経細胞は、その下流で共通の機構を使うことによって、神経回路の複雑化を避け、効率の良い回路構造を実現していることが明らかになった。
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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
コネクトミクス解析、及び、オプトジェネティクスを用いた解析により、Lr-F及びLr-B細胞の回路内で機能が明らかになり、特に特定の筋細胞群の制御という新しい構造を見出すことに成功したため。
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| Strategy for Future Research Activity |
大規模な回路構造探索によって、Lr-FとLr-Bの回路上流を明らかにすることで、回路のより高次領域でどのように異なる運動パターンがエンコードされているのかを明らかにする。
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| Causes of Carryover |
細胞の同定が進んだため、細胞レベルでの機能解析を中心に進めた。そのため、行動解析に必要な光学系（顕微鏡、カメラ）の購入を次年度にすることとした。次年度にこれらの購入を進める予定である。
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Research Products
(13 results)
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[Presentation] Divergent connectivity of homologous command-like neurons mediates segment-specific touch responses in Drosophila2017
Author(s)
Suguru Takagi, Benjamin T. Cocanougher, Sawako Niki, Dohjin Miyamoto, Hiroshi Kohsaka, Hokto Kazama, Richard D. Fetter, James W. Truman, Marta Zlatic, Albert Cardona, Akinao Nose.
Organizer
Cold Spring Harbor Laboratry, USA
Int'l Joint Research
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[Presentation] Divergent connectivity of command-like neurons mediates segment-specific touch responses in Drosophila larvae2017
Author(s)
高木優, Benjamin Cocanougher, 二木佐和子, 宮本道人, 高坂洋史, 風間北斗, Richard Fetter, James Truman, Marta Zlatic, Albert Cardona, 能瀬聡直
Organizer
第17回東京大学生命科学シンポジウム
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[Presentation] Bidirectional feedback circuits regulate propagation of motor activity in opposite directions.2017
Author(s)
Kohsaka, H., Zwart, M.F., Fushiki, A., Fetter, R. D., Truman, J. W., Cardona, A. and Nose A.
Organizer
第40回日本神経科学大会
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[Presentation] A segment-specific sensorimotor pathway mediates touch-triggered backward escape response in Drosophila larvae2017
Author(s)
Suguru Takagi, Benjamin T. Cocanougher, Sawako Niki, Dohjin Miyamoto, Hiroshi Kohsaka, Hokto Kazama, Richard D. Fetter, James W. Truman, Marta Zlatic, Albert Cardona, Akinao Nose
Organizer
第40回日本神経科学大会
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