2019 Fiscal Year Research-status Report
Neurophysiological mechanisms underlying population dynamics of sensitization learning in the leech nervous system
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19K16191
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| Research Institution | Keio University |
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Principal Investigator |
冨菜 雄介 慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 特別研究員(PD) (70835959)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | モノアミン / 記憶 / 学習 / 鋭敏化 / 神経集団活動 / 膜電位イメージング / 電気生理学 / 無脊椎動物 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では「ニューロン集団活動のダイナミクスの学習行動への関与」という視点から、網羅的記録・細胞同定に有利なヒルを実験系として、局所湾曲反射の鋭敏化学習に的を絞り、その神経回路網ダイナミクスの発現機構を神経生理学的に解明することを目的とする。初年度は特に、鋭敏化刺激により学習に影響を与える特定のモノアミン含有ニューロンが賦活されるかどうかに着目した。鋭敏化刺激である侵害感覚刺激（侵害感覚ニューロンN1およびN2への電流注入刺激）により動員されるニューロン群を両側膜電位イメージング法により調べた（共同研究機関のカリフォルニア工科大学において遂行）。この網羅的活動データにコヒーレンス解析を適用することで、侵害刺激に応じて賦活されるニューロンを推定したところ、複数の介在ニューロンおよび運動ニューロンが動員されることが明らかとなった。動員される介在ニューロン群のうち、先行研究によりモノアミン含有ニューロンであることが判明しているニューロンとして、Retzius細胞、Lyedig細胞が見出された。この成果は2019年の北米神経科学会と日本比較生理生化学会においても報告した。接触・圧力・侵害刺激に対して動員されるニューロンのマッピングについて顕著な結果を得たので、これを論文として取りまとめ中である。また、本研究に関連する研究として、網羅的膜電位イメージング技術と連続ブロック表面透過型電子顕微鏡撮像を組み合わせた生理-解剖学的コネクトーム解析を行った。これは論文としてまとめ、bioRxivに公表済みであり、海外学術誌に投稿中である。この結果については2019年の日本動物学会、北米神経科学会、2020年の日本動物学会関東支部大会において発表を行った。
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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
網羅的膜電位イメージングの適用により、ヒルの圧刺激に対する反射行動における鋭敏化学習の成立を担う候補であるモノアミン含有ニューロンとして、Retzius細胞、Lyedig細胞が見出された。接触刺激・圧感覚刺激・侵害刺激を提示した際に動員されるニューロン群のマッピングを両側膜電位イメージングデータに対する数理解析により遂行してきた。ここから圧刺激と侵害刺激の両方で動員されるニューロン群も推定されている。現在までにこのマッピングにおいて顕著な結果を得たので、この取りまとめを優先的に行っている。以上より、本研究の進捗状況はおおむね順調に進展していると判断される。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、網羅的膜電位イメージングの結果から推定された候補のモノアミン含有ニューロンを電気生理学的に刺激・抑制することで、学習への影響を定量的に評価する。また、モノアミン含有ニューロンが学習時に作用するニューロン群の候補として、圧刺激と侵害刺激の両方で動員されるニューロン群に着目する。これらのニューロン群の膜特性が、モノアミン作動性ニューロンの活動に応じてどのような影響を受けるか電気生理学的に調べる。以上より、最終年度の研究の取りまとめを行う。
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| Causes of Carryover |
2019年8月に共同研究先の米国から帰国後、国内に実験動物であるヒルを輸入するにあたり、当初は共同研究機関でも利用していた米国内の業者を検討していたが、業者側の都合により日本国内への輸入が不可能となった。そのため別の業者を選定する必要が生じ、なおかつ入手までにどれほどのコストがかかるか判明するまで予算を節約しなければならない状況が2019年末まで続いた。そこから、実験動物に加えて優先的に必要な物品を購入してきたが、年度締め切りまでに納入が間に合わない可能性のある物品(電気生理学用マニピュレーター)があった。生じた次年度使用額はこの電気生理学用マニピュレーター一式の購入に充当する。
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Research Products
(7 results)
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[Presentation] Form and function: Connectivity and activity maps of behavioral circuits in the medicinal leech.2019
Author(s)
Ashaber, M., Tomina, Y., Bushong, E.A., Fard, P.K., Kim, K.Y. Deerinck, T., Elisman, M.H., and Wagenaar, D.A.
Organizer
49rd annual meeting of the Society for Neuroscience.
Int'l Joint Research
