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2021 Fiscal Year Annual Research Report

Developement of detection and analysis of brain circuit E/I imbalance induced by chemical exposure using membrane potential imaging

Research Project

Project/Area Number 21H03606
Allocation TypeSingle-year Grants
Research InstitutionTokushima Bunri University

Principal Investigator

冨永 貴志  徳島文理大学, 神経科学研究所, 教授 (20344046)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 高島 一郎  国立研究開発法人産業技術総合研究所, 情報・人間工学領域, 上級主任研究員 (90357351)
梶原 利一  明治大学, 理工学部, 専任准教授 (60356772)
Project Period (FY) 2021-04-01 – 2025-03-31
Keywords膜電位感受性色素 / 遅発神経毒性 / E/Iバランス / ビスフェノールA / 海馬 / 過興奮
Outline of Annual Research Achievements

環境中の化学物質による遅発性の脳機能障害の早期の網羅的検出方法の確立を目標としている。 検出法として膜電位イメージング法を用い、神経回路の興奮(E)・抑制(I)への過剰な傾き(E/I 不均衡, E/I imbalance)を定量する手法を確立しようとしている。試験化学物質としてビスフェノール A(BPA)、 BPA 代替化合物、BPA 関連化合物を用いた。この研究はほぼ終了し、BPA類の急性影響の網羅的解析を進めている。
この研究を進めている間に問題となったのが、海馬回路の主要な3シナプスをイメージングする際に、刺激電極を移動し、さらには視野を調整して計測するために時間がかかることであった。1匹のマウスからは平均して8枚のスライス標本を作成できる。現在、2台の全く同様に組み立てたイメージングリグを並列して動かすことで1匹のマウスから得られるデータを増やしているが、それでも上述の様な刺激電極の移動、視野の移動など時間をかけて行う実験操作が途中で挿入され、得られるデータに限りがある。これを改良するための方策を検討している。
BPA類の影響に関しては、現在、胎生期から離乳までの発生発達期の投与の遅発影響を定量しようとしている。
本年度は新規感染症の影響で、主な学会等はすべてオンラインで行うこととなった。おおくの学会で発表を行ったが、対面での研究の交流については若干遅れを感じている。
原著論文は4報、学会発表については15件であった。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

新規感染症の影響もあり、英国の共同研究者との共同研究は期待したほど順調に進まなまかった。さらに、英国内での研究環境変化もあり、当初予定した訪問などを通した緊密な共同研究による遺伝子組み込み型電位インジケータ(GEVI)の導入が図れなかった。当初の計画の大幅な変更ではないもののやり方を変えているため時間がかかっている。
その他の部分に関しては概ね順調に進んでいる。

Strategy for Future Research Activity

本研究では、この検査法を海馬だけなく他の脳領域に広げること、興奮・抑制バランスの破綻のメカニズムを調べるために興奮・抑制の同時イメージングを行うことを次の目標にしている。
他の脳領域として前頭野に着目しとくに前頭性のてんかんの焦点となる前帯状皮質を中心としたイメージングを行い機能マップを作りつつある。これをさらに広げていくための光学系の開発を行っており、今年度はこれに注力する。
興奮・抑制の同時イメージングを行う上で技術的要件はまだ高いが、GEVIの発現とその最も容易な検証となるin vivo標本でのイメージング法の開発を進めている。

  • Research Products

    (20 results)

All 2022 2021 Other

All Journal Article (4 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 4 results,  Open Access: 2 results) Presentation (15 results) (of which Int'l Joint Research: 6 results,  Invited: 1 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Regulation Mechanism of Escape Response to Mechanical Stimulation in Paramecium2022

    • Author(s)
      Manabu Hori,Masaki Ishida,Takashi Tominaga
    • Journal Title

      Seibutsubutsuri

      Volume: 62 Pages: 114-115

    • DOI

      10.2142/biophys.62.114

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] A CCR5 antagonist, maraviroc, alleviates neural circuit dysfunction and behavioral disorders induced by prenatal valproate exposure2022

    • Author(s)
      Yasuhiro Ishihara,Tatsuya Honda,Nami Ishihara,Kaede Namba,Makiko Taketoshi,Yoko Tominaga,Mayumi Tsuji,Christoph F. A. Vogel,Takeshi Yamazaki,Kouichi Itoh,Takashi Tominaga
    • Journal Title

      Journal of Neuroinflammation

      Volume: 19 Pages: 195

    • DOI

      10.1186/s12974-022-02559-y

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] A Functional Aqp1 Gene Product Localizes on The Contractile Vacuole Complex in Paramecium multimicronucleatum2021

    • Author(s)
      Masaki Ishida,Manabu Hori,Yui Ooba,Masako Kinoshita,Tsuyoshi Matsutani,Musumi Naito,Taeko Hagimoto,Kuniko Miyazaki,Sou Ueda,Ken Miura,Takashi Tominaga
    • Journal Title

      Journal of Eukaryotic Microbiology

      Volume: e12843 Pages: e12843

    • DOI

      10.1111/jeu.12843

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Membrane Potential Imaging with Voltage-sensitive Dye (VSD) for Long-term Recording2021

    • Author(s)
      Takashi Tominaga,Riichi Kajiwara,Yoko Tominaga
    • Journal Title

      Seibutsubutsuri

      Volume: 61 Pages: 404-408

    • DOI

      10.2142/biophys.61.404

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] Quantitative detection of the effect on neuronal responses in tri-synapses with the acute application of bisphenol-A-related substances on hippocampal slices with voltage-sensitive dye (VSD)2021

    • Author(s)
      Y. TOMINAGA, M. TAKETOSHI, K. TANEMURA, *T. TOMINAGA
    • Organizer
      Society for Neuroscience
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] In vitro assay for seizure liability using voltage-sensitive dye imaging (VSDI) in the mouse hippocampus2021

    • Author(s)
      Y. UTSUMI, M. TAKETOSHI, N. OHARA, M. MIWA, Y. TOMINAGA, T. TOMINAGA
    • Organizer
      Society for Neuroscience
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Membrane voltage imaging: Bird’s-eye survey of the brain activity in one-time events when individuality emerges2021

    • Author(s)
      T Tominaga
    • Organizer
      The 80th Fujihara Seminar
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] novel in vitro assay for seizure prediction using voltage-sensitive dye imaging (VSDI) in the mouse hippocampus2021

    • Author(s)
      Yuichi Utsumi, Makiko Taketoshi, Nana Ohara, Michiko Miwa, Yoko Tominaga and Takashi Tominaga
    • Organizer
      The 81th Fujihara Seminar
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Acute neuroinflammation induced by short-term treatment with Cuprizone leads to behavioral disorders similar to schizophrenia2021

    • Author(s)
      Kyoka Tsukuda, Takashi Kubota, Aoi Chiba, Takashi Tominaga, Yasushi Kishimoto & Kentaro Nakashima
    • Organizer
      The 82th Fujihara Seminar
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Transgenerational epigenetic effects of testicular histone hyperacetylation in mice2021

    • Author(s)
      Kazuya Sakai, Takashi Tominaga, Kenshiro Hara, and Kentaro Tanemura
    • Organizer
      The 82th Fujihara Seminar
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Cortical oscillations in entorhinal and perirhinal cortices imaged with voltage-sensitive dye in slice preparations of mice2021

    • Author(s)
      冨永貴志、冨永洋子、梶原利一
    • Organizer
      第59回日本生物物理学会年会
  • [Presentation] ウス前頭前野の同側,反対側への神経活動伝播の膜電位感受性色素による機能的解剖2021

    • Author(s)
      冨永 貴志、グサイン プージャ、竹歳 麻紀子、冨永 洋子
    • Organizer
      第44回日本神経科学大会CJK第1回国際大会
  • [Presentation] 膜電位感受性色素( VSD)イメージングによる in vitro痙攣リスク予測2021

    • Author(s)
      内海 雄一、竹歳 麻紀子、小原 菜夏、三輪 倫子、冨永 洋子、冨永 貴志
    • Organizer
      第44回日本神経科学大会CJK第2回国際大会
  • [Presentation] Cuprizone短期投与による脳内炎症モデルマウスは統合失調症様行動障害を示す2021

    • Author(s)
      佃 京華、窪田 剛志、千葉 葵、冨永 貴志、岸本 泰司、中島 健太郎
    • Organizer
      第44回日本神経科学大会CJK第3回国際大会
  • [Presentation] 抑制性シナプス抑制因子MDGA1のヘミ欠損は海馬 LTPの低下と学習・記憶異常を引き起こすが、サイクロセリンの急性投与により回復する2021

    • Author(s)
      山本 融、尾嶋 大喜、多田 篤史、田之上 優、黒川 直弘、窪田 剛志、高橋 弘雄、岸本 泰司、冨永 貴志
    • Organizer
      第44回日本神経科学大会CJK第4回国際大会
  • [Presentation] 電位感受性色素(VSD)による全神経回路活動計測の開発:海馬スライス標本へのビスフェノールA関連物質の急性投与2021

    • Author(s)
      冨永 貴志, 竹歳 麻紀子, 種村 健太郎, 冨永 洋子
    • Organizer
      第48回日本毒性学会学術年会
  • [Presentation] 電位感受性色素(VSD)イメージングによるinvitro痙攣リスク評価法の開発2021

    • Author(s)
      内海 雄一, 竹歳 麻紀子, 小原 菜夏, 三輪 倫子, 冨永 洋子, 冨永 貴志
    • Organizer
      第49回日本毒性学会学術年会
  • [Presentation] A mouse model of neuroinflammation induced by short-term exposure to Cuprizone show behavioral symptoms similar to schizophrenia2021

    • Author(s)
      佃 京華, 窪田剛志, 千葉 葵, 冨永 貴志, 岸本 泰司, 中島 健太郎
    • Organizer
      日本生物物理学会 中国四国支部大会(第12回)
  • [Presentation] 膜電位感受性色素(VSD)イメージングによる in vitro 痙攣リスクアッセイ法による周産期バルプロ酸投与動物でのリスク評価の試み2021

    • Author(s)
      小原菜夏,内海雄一,竹歳麻紀子,三輪倫子,佃京華 冨永洋子,中島健太郎, 冨永貴志
    • Organizer
      日本生物物理学会 中国四国支部大会(第13回)
  • [Remarks] 徳島文理大学神経科学研究所Laboratory for Neural Circuit Systems

    • URL

      https://www.bunri-u.ac.jp/ins/lncs.html

URL: 

Published: 2023-12-25  

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