2019 Fiscal Year Research-status Report
Structure of behavior: comparative cognitive neurobiological approach
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18KK0070
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| Research Institution | Keio University |
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Principal Investigator |
兎田 幸司 慶應義塾大学, 文学部(三田), 助教 (60794948)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
櫻井 勝康 筑波大学, 国際統合睡眠医科学研究機構, 助教 (70507920)
橘 吉寿 神戸大学, 医学研究科, 准教授 (50373197)
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| Project Period (FY) |
2018-10-09 – 2021-03-31
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| Keywords | 時間知覚 / 時間認識 / 学習 / 運動 / リッキング / ケモジェネティクス / オプトジェネティクス / マウス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
これまで心理学では、数秒から数分の時間認識について研究が行われ、時間に関する仮説が積み重ねられてきた (Buhusi & Meck, 2005)。しかしながら、動物の時間認識を検証するために用いられてきた従来のオペラント条件づけ手続きは、訓練に長期間を要し、動物が課題中に自由に行動できるために時間認識と行動表出の側面が混同されるといった問題点を包含していた (Machado & Keen, 1999)。この問題を解決するため、申請者は近年、動物の時間認識を効果的に調べる画期的な手法を開発した 。頭部固定されたマウスを用い、リッキング（舐める行為）を反応として利用することで、身体運動の要因をできる限り排除し、試行ごとの動物の主観的な時間認識の開始と終了のタイミングを計算理論によって切り出すことに成功した。数ヶ月以上の訓練を要した従来のオペラント課題に比べ、本課題では、1-2週間の訓練によって、マウスの時間認識を検出することができる。
今回の研究計画においては、新しい行動実験系を主軸に据えて、行動の出力として直接的な運動制御を担っている皮質下の領域から、認知機能を担っていると考えられる大脳皮質へと投射元を辿っていくことによって、「運動」と、「時間」の認知情報を処理している神経生物学的基盤を分離し、時間情報が生成される過程について明らかにすることを目的としている。
これまでに頭部固定と自由行動下の両方における古典的条件づけ課題の装置を整備し、実験を軌道に乗せており、今年度は最初期遺伝子の発現を全脳で調べることによって、時間認識に関わる領域を同定した。オプトジェネティクスやケモジェネティクスによる神経活動の操作も稼働しており、さらなる研究の発展のために細胞種選択的ないし経路選択的な操作を可能するために各種の遺伝子改変マウスを導入した。
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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
現在までに、頭部固定と自由行動下の両方における古典的条件づけ課題の装置を整備し、実験を軌道に乗せている。オプトジェネティクスやケモジェネティクスに関しては、AAVウイルスベクターと遺伝子改変動物を導入し、細胞種や経路選択的な操作が可能になっている。国際共同研究としての成果は、共著論文が受理され、他の論文も執筆中である。国内の共同研究については、継続的に神戸大学の橘吉寿博士、筑波大学の櫻井勝康博士と連携して、研究代表者からは行動実験のノウハウや解析技術を提供しながら、橘博士からは脳定位固定手術や電気生理学的手法についての情報提供を、櫻井博士からはウイルスや遺伝子改変動物に関する情報提供を受けており、相補的な関係で異分野融合的な研究を進めている。こうした進捗状況から、本研究課題の進捗状況に関しては、おおむね順調に進展していると考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
画像解析による行動の自動分類技術に関しては、薬理学的な手法を用いてその有用性を確認しており、今後は実験心理学的な課題、および神経生物学的な操作・計測技術と融合させていきたい。異分野融合的なアプローチによって、行動の心理学的・神経生物学的なメカニズムについての解明が進むだけではなく、心理学・神経科学の新しい地平線を切り開いていくことができると考えている。特定の神経細胞にCreを発現したマウスやラットを新しく導入したことによって、細胞種とその入出力経路を選択的に同定し、行動と特定の細胞種・経路の関係について明らかにしていくことが可能になった。解剖や組織染色に関しては、共焦点顕微鏡の整備も行い、稼働しており、今後も継続してそうした解剖・免疫組織科学方面の研究も並行して進めていく。アメリカ・デューク大学との国際共同研究は、現在も継続中である。国内の共同研究については、神戸大学の橘吉寿博士、筑波大学の櫻井勝康博士と連携して研究を進めている。行動の分析技術などを提供しながら、橘博士からは脳定位固定手術技術についての情報提供を、櫻井博士からはウイルスや分子生物学に関する情報提供を受けており、相補的な関係で研究を進めており、今後は、こうした共同研究としての成果も期待できると考えている。
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| Causes of Carryover |
年度末が近くなった状態で新型コロナウイルス（COVID-19）の感染拡大が始まり、当初予定していた研究や学術集会への参加が困難になったため、一部の研究費を繰り越すことになった。研究関連の薬品などが不足しており、次年度に物品費などに用いることによる効果的に使用していく予定である。
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[Journal Article] General anesthetics activate a potent central pain-suppression circuit in the amygdala.2020
Author(s)
Hua T, Chen B, Lu D, Sakurai K, Zhao S, Han BX, Kim J, Yin L, Chen Y, Lu J, Wang F.
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Journal Title
Nature Neuroscience
Volume: -
Pages: -
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Motor learning requires myelination to reduce asynchrony and spontaneity in neural activity.2020
Author(s)
Kato D, Wake H, Lee PR, Tachibana Y, Ono R, Sugio S, Tsuji Y, Tanaka YH, Tanaka YR, Masamizu Y, Hira R, Moorhouse AJ, Tamamaki N, Ikenaka K, Matsukawa N, Fields RD, Nabekura J, Matsuzaki M.
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Journal Title
Glia
Volume: 68
Pages: 193-210
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] A discrete neuronal circuit induces a hibernation-like state in rodents2020
Author(s)
Takahashi TM, Sunagawa GA, Soya S, Abe M, Sakurai K, Ishikawa K, Yanagisawa M, Hama H, Hasegawa E, Miyawaki A, Sakimura K, Takahashi M, Sakurai T.
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Journal Title
Nature
Volume: -
Pages: -
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Dual microglia effects on blood brain barrier permeability induced by systemic inflammation.2019
Author(s)
Haruwaka K, Ikegami A, Tachibana Y, Ohno N, Konishi H, Hashimoto A, Matsumoto M, Kato D, Ono R, Kiyama H, Moorhouse AJ, Nabekura J, Wake H.
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Journal Title
Nature Communications
Volume: 20
Pages: -
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Oral splint ameliorates tic symptoms in patients with tourette syndrome.2019
Author(s)
Murakami J, Tachibana Y, Akiyama S, Kato T, Taniguchi A, Nakajima Y, Shimoda M, Wake H, Kano Y, Takada M, Nambu A, Yoshida A.
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Journal Title
Movement Disorders
Volume: 34
Pages: 1577-1578
DOI
Peer Reviewed
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[Presentation] Neural mechanism of time perception.2020
Author(s)
Toda, K., Yatagai, S., Yamada, K., Yamamoto, K., Sakurai, K., Meck, WH. & Yin, HH.
Organizer
日本生理学会第97回大会
Invited
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[Presentation] Laser induced auditory perception in Mongolian gerbil (Meriones unguiculatus).2019
Author(s)
Tamai, Y., Uenaka, M., Ito, Y., Furuyama, T., Horinouchi, K., Murashima, N., Mithimoto, I., Toda, K., Hiryu, S. & Kobayasi, KI.
Organizer
日本比較生理生化学会第43回大会
Invited
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