Analysis of brain information and pathological control by optical measurements and manipulations

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19H03338
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 46030:Function of nervous system-related
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: Matsui Ko 東北大学, 生命科学研究科, 教授 (20435530)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: グリア細胞 / アストロサイト / オプトジェネティクス / シナプス伝達 / グルタミン酸 / 学習 / 脳病態 / てんかん

Outline of Final Research Achievements

The brain is composed of numerous networks, including neural, glial, vascular, and metabolic networks. Each network operates according to its own rules, but the signals that unite these networks are indispensable for us to act in a consistent manner as an individual. In terms of the complex networks in the brain, glial cells are the ones that unite all the networks in the brain. In this study, we developed a technique to measure the dynamics of intracellular biomolecules using novel fluorescent sensor proteins. By measuring the flow of biomolecules inside and outside the cell in a multimodal manner, we have conducted research to elucidate the mechanism of information processing in the brain from a new perspective.

Free Research Field

脳細胞生理学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

アストロサイトの代謝回路の変化は、神経回路の動作を左右し、学習・記憶・行動といった脳の高次機能にまで影響を与えることが示唆されている。細胞内外のイオン濃度変化、伝達物質濃度変化に加えて、代謝産物等も、情報を担う因子として捉えられる。これらの因子が脳内局所環境を変化させている場面では、神経細胞ではなくアストロサイトの活動が大きく関与している。本研究では、脳の複合ネットワークと、それを束ねるシグナルを解明することに取り組んだ。生体を流れる伝達物質や代謝産物等の情報因子のフローを光計測・光操作する方法を組み合わせ、代謝フローの障害・破綻にともなう脳病態・精神疾患の発症メカニズムの一端も示された。