Comprehensive analyses of neural circuit dynamics by integration of expansion microscopy and whole-brain calcium imaging

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 22K19479
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 51:Brain sciences and related fields
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: Nose Akinao 東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 教授 (30260037)
• Project Period (FY): 2022-06-30 – 2024-03-31
• Keywords: ショウジョウバエ / 膨張顕微鏡 / カルシウムイメージング / コネクトーム / 神経回路

Outline of Final Research Achievements

This study aimed to integrate information regarding the “activity” and “structure” of neurons by using expansion microscopy which enables visualization of fine structures of neuronal tissues at the light level. We applied expansion microscopy to the central nervous system of Drosophila larvae, realized ~100nm resolution, and succeeded in visualizing the structures of individual axons and synapses in pan-neuronally stained samples. Furthermore, by combining with the photo-convertible calcium sensor CaMPARI2, we succeeded in linking data of neural activity to those of neuronal fine structures. Taken together, we used expansion microscopy to establish an experimental system which integrates information regarding the “activity” and “structure” of neurons.

Free Research Field

神経科学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

神経回路を細胞レベルで解析することは、特に遺伝学的手法の開発が進んだモデル動物では重要な研究戦略であるが、神経細胞の数に比して良い遺伝子マーカーの数が少ないため、遺伝学的ラベリングができない細胞が生じ、それらはどうしても解析から漏れてしまう。本研究で開発した膨張試料顕微鏡法を用いた手法は、遺伝子マーカーの有無によらず神経細胞を効率良く同定することを可能とすることで、神経活動パターン解析の自由度を大きく高めるであろう。