2019 Fiscal Year Research-status Report
環境に応じた柔軟な行動を可能にする中脳ドーパミン神経回路の役割
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19K06957
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| Research Institution | Osaka City University |
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Principal Investigator |
松本 英之 大阪市立大学, 大学院医学研究科, 助教 (50511383)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | システム神経科学 / 電気生理学 / 光遺伝学 / 遺伝子改変動物 / ドーパミン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
環境に応じた柔軟な行動を可能にする生体脳の情報処理は生物の生存に必須であり、柔軟性を生み出すメカニズムの理解は生体脳と人工脳の両方の研究の発展に不可欠と考えられる。中脳に分布するドーパミン細胞は前頭前皮質や大脳基底核など広範な脳領域へと軸索を投射し、環境に応じた行動の柔軟性や実行機能の制御に深く関与している。しかし、各脳領域へと投射するドーパミン細胞が環境の変化に対してどのように活動を修飾し、その修飾が投射先の情報処理と機能発現にどのような影響を与えるのかよく分かっていない。
この問題を明らかにするため、初年度は、環境に応じて行動を柔軟に変化させる動物から、シリコンプローブ多点電極と光遺伝学を組み合わせてドーパミン細胞種特異的な神経活動の記録を行なった。特に、記録ドーパミン細胞の投射先を同定するため、前頭皮質と側坐核の亜領域に光ファイバーを刺入し（合計4本/動物）、Cre組換え酵素依存的にチャネルロドプシンを特異的に発現させるドーパミン細胞の軸索に光を当て、軸索から細胞体へと逆行する活動電位の記録を行なった。記録ドーパミン細胞数を増やすことに苦慮したが、シリコンプローブのシャンク数とチャネル数を増やし、投射先だけでなく細胞体の光照射でドーパミン細胞を同定するための光ファイバーをプローブに搭載し、さらに光刺激によるアーティファクトを可能な限り減少させてデータの質を上げる工夫を行ったあとにデータ処理に進むことで、同定細胞数を増やすことに成功した。現在、行動と神経活動の経時的データの解析、および追加データの取得を行っている。
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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
一般的に、覚醒下の動物を用いて大規模かつ長時間の神経活動計測を行い、さらに光遺伝学を組み合わせて細胞種や投射先を同定し、高時間精度で時間特異的・投射先特異的に神経活動操作を行う実験系の確立は難易度が高い。申請者はすでに、電気生理学と光遺伝学の融合技術を自由行動課題中の動物に適用し、神経活動の大規模同時計測、および細胞種の同定、投射先の同定を行う実験に成功している。また、行動課題も立ち上がっており、実験の再現性も取れている。現在、これまでに得たデータの解析と、追加のデータ取得を行っている最中であり、おおむね順調に進展していると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでに取得したデータの解析および追加のデータ取得を行う。電極の一つのシャンクから複数のドーパミン細胞が記録される場合、通常の矩形波による光刺激だけでなく、sine波様の光刺激も行うことで、個々の細胞のスパイク発火のタイミングをずらし、スパイク分離しやすくする。
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| Causes of Carryover |
本年度は比較的効率よく実験が進み、当初予定していた動物購入費用や動物維持費用を削減できたため、次年度使用額が生じた。使用計画として、次年度の動物購入費用や維持費用、動物実験に使用する消耗品に使用する予定である。
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