Functional mechanism of multimodal sensory integration in the mouse cortex

2022 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 19K06913
• Research Institution: Teikyo University
• Principal Investigator: 吉田 崇将 帝京大学, 医学部, 助教 (50525904)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 感覚統合 / 広域カルシウムイメージング / 多波長蛍光イメージング / マウス / 大脳皮質 / 二肢強制選択課題 / 視聴覚弁別課題

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、マウスの大脳皮質全体にわたる神経活動を広域カルシウムイメージングを用いて、機能的な感覚統合を誘導するオペラント行動課題を遂行中の脳活動を可視化し、感覚統合の神経相関や皮質ネットワークの変化を捉えることを目指している。2022年度は、頭部固定型の視聴覚弁別課題システムを構築し、ヘッドプレートを装着したマウスを使ってシステムの評価・検証を行った。リッキング検出部の機械設計やタスクシーケンスの制御などに改善の余地があり、継続的に取り組む必要がある。イメージング用のEmx1-YCマウスは、改めて凍結精子から個体を起こし、飼育維持しているので次年度も継続的に使用できる。また、最近の研究で、大脳皮質の連合野における抑制性ニューロンのはたらきと感覚統合の関連が示唆されており、興奮性ニューロンと抑制性ニューロンの両方の活動を同時に測定できる広域カルシウムイメージングのシステムが必要であると考え、これを実現するための多波長蛍光イメージングシステムを考案し、試作した。このシステムでは、３波長の蛍光イメージを同時に取得できる。興奮性ニューロン特異的にYC(２波長の蛍光カルシウムセンサー)を発現し、抑制性ニューロン特異的にRCaMP系のカルシウムセンサーを発現するようなマウスを用意することで、興奮性／抑制性ネットワークの同時イメージングが可能になる。これにより、感覚統合の神経メカニズムをより詳細に調べられるようになると期待される。

Current Status of Research Progress

4: Progress in research has been delayed.

Reason

所属機関を移籍し、動物実験計画および遺伝子組換えマウスの使用に関する学内の承認申請手続きを含む研究実施体制の整備を行なった。これら手続きや作業に半年程度かかり、その後にイメージングに必要なEmx1-YCマウスを凍結精子から個体を起こしたので、さらに４ヶ月程度かかった。これらを待つ間に多波長蛍光イメージングシステムの試作やタスクシステムの改修などを実施したが、前年度までの新型コロナウイルス感染症の影響も積み重なり、当初の目標より大幅な遅れが生じた。

Strategy for Future Research Activity

目標①：頭部固定式の二肢強制選択課題システムの構築とマウスを用いたシステム評価・検証および最適化。（安定動作版の作製と多チャンネル化を実施する。）
目標②：構築した課題システムを用いて、マウスに視聴覚弁別課題を学習させ、想定通り感覚統合を誘導できるかを検証。
目標③：Emx1-YC2.60マウスを用いた課題遂行中の大脳皮質イメージング。（Emx1-Creマウスに関しては、2022年度に凍結精子から起こした個体を継続飼育しているので、これを使用する。）
目標④：ここまで遂行できた時点で、2021年度までに検討を進めた大脳皮質ネットワークの解析手法を用いて、感覚統合時のネットワーク構造の変化を可視化する。

Causes of Carryover

理由：　新型コロナウイルス感染症の影響で、当初計画していた実験が実施できなかったため。
使用計画：
タスクシステム評価用の野生型マウスの購入に残額全てを支出する。