2019 Fiscal Year Research-status Report
神経細胞・アストロサイト・脳血流の活動計測による安静時機能結合の神経基盤の解明
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19K16252
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
松井 鉄平 東京大学, 大学院医学系研究科(医学部), 講師 (10725948)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 脳活動イメージング / カルシウムイメージング / 機能的MRI / アストロサイト |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、覚醒時の大脳皮質におけるRS-fMRIの機能的結合の神経基盤を、自発的神経活動・アストロサイト活動・脳血流の関係から明らかにすることである。本研究の学術的独自性は、先行研究が麻酔下の動物を主に用いて機能的結合の神経基盤を調べて来た事に対して、覚醒下の動物を使用することである。また、先行研究が感覚刺激に対する神経活動・アストロサイト活動・脳血流の関係を調べて来た事に対して、安静時の自発的活動に着目する点も本研究の独自性である。最後に、神経活動と脳血流の２つの関係だけでなく、そこにアストロサイト活動の観察を組み込む事が本研究の創造的な部分である。
本年度は先ず、神経活動と脳血流の計測については、覚醒状態のイメージングを行うシステムを構築した。覚醒状態ではマウスの体動によるノイズが計測の問題になる可能性が心配されたが、実際にイメージングを行ったところ体動によるノイズは軽微であった。マウスには高感度のカルシウムセンサーであるGCaMP6を大脳皮質神経細胞に発現する遺伝子改変マウスを使用し、頭蓋骨越しに神経活動と脳血流の両方を、多波長顕微鏡により観察した。
また、2光子顕微鏡を用いてアストロサイト活動と神経活動の同時観察を行った。その結果、自発的脳活動の状態において、自発的神経活動に引き続いてアストロサイト活動が惹起されること、さらにアストロサイト活動によりその後の自発的神経活動が抑制されている様子が観察された。
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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
研究計画は概ね順調に進展している。本年度の最初の目標は、神経活動と脳血流の計測について、覚醒状態のイメージングを行うシステムを構築することであった。覚醒状態にあるマウスからの活動計測は既に達成し、実験系を確立することが出来た。
また、2光子顕微鏡を用いてアストロサイト活動と神経活動の同時観察についても達成し、自発的脳活動の状態において、神経細胞とアストロサイトの新しい相互作用を発見した。
以上の理由により、本研究は想定通りに順調に進展していると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、まず現在までに得られた研究成果である、多波長イメージングシステムの開発と、神経細胞とアストロサイトの相互作用について、学会や学術論文で報告する。また、アストロサイト活動と脳血流の同時計測については、新規計測技術を開発する。脳血流の信号は２光子顕微鏡で同時観察を行うことが難しく、アストロサイトの活動は神経活動と比較して遅く脳血流に近いダイナミクスを持つため、GCaMP信号と脳血流の信号を正確に分離するための特別な工夫が必要である。そこで１光子でのマルチスペクトル顕微鏡を用いた方法を導入し、GCaMP信号と脳血流由来の信号を正確に分離する。２光子顕微鏡によって得られたアストロサイト活動の特性をマルチスペクトル顕微鏡でも再現することにより、計測システムの正確性を検証する。
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| Causes of Carryover |
初年度には覚醒状態でマウスの脳活動計測を行うために多波長記録システムを作成する予定であったが、覚醒状態での計測は旧式の多波長記録システムでも可能であった。そこで、新しい多波長記録システムは、覚醒状態での計測に最適化した仕様からアストロサイトに最適化した仕様に変更をするべきであると考えた。多波長記録システムによるアストロサイトの活動計測は次年度から開始であり、システムの最適化に必要なデータも次年度以降に取得予定であるため、次年度に繰り越して研究費を使用することになった。以上のように、この繰り越しによる初年度の研究計画の遅れはなく、次年度以降の研究計画の目標達成はより円滑になると考えられる。
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Research Products
(6 results)
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[Presentation] Development and Application of Multi-Scale Ca2+ Imaging in the Primate Visual Cortical Network2020
Author(s)
Matsui, T., Hashimoto, T., Uemura, M., Murakami, T., Kikuta, K., Kato, T., Ohki, K.
Organizer
The 8th RIEC International Symposium on Brain Functions and Brain Computer
Int'l Joint Research / Invited
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[Presentation] Spatiotemporal structure of spontaneous activity in the marmoset visual cortex2020
Author(s)
Matsui, T., Hashimoto, T., Uemura, M., Murakami, T., Kikuta, K., Kato, T., Ohki, K.
Organizer
日本生理学会大会
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[Presentation] Spatiotemporal structure of spontaneous activity in the primate visual cortex2019
Author(s)
Matsui, T., Hashimoto, T., Uemura, M., Murakami, T., Kikuta, K., Kato, T., Ohki, K.
Organizer
神経ダイナミクスミニワークショップ
Int'l Joint Research / Invited
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[Presentation] Structured spontaneous activity in the marmoset visual cortex studied with in vivo calcium imaging2019
Author(s)
Matsui, T., Hashimoto, T., Uemura, M., Murakami, T., Kikuta, K., Kato, T., Ohki, K.
Organizer
日本神経科学大会
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