2012 Fiscal Year Research-status Report
大規模ニューロン・グリアネットワークの遺伝的アルゴリズム解析による脳動作原理解明
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24500365
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Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Research Institution | The Institute of Statistical Mathematics |
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Principal Investigator |
田村 義保 統計数理研究所, モデリング研究系, 教授 (60150033)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
染谷 博司 東海大学, 情報理工学部, 講師 (00333518)
越久 仁敬 兵庫医科大学, 医学部, 教授 (20252512)
岡田 泰昌 独立行政法人国立病院機構村山医療センター(臨床研究センター), 内科, 医長 (80160688)
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| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | カルシウムイメージング / アストロサイト |
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| Research Abstract |
細胞内カルシウム濃度を可視化しうるカルシウムイメージング法の発達により、グリア細胞なかでもアストロサイトは、ニューロンと協調して神経情報処理に積極的に関与していることが明らかにされつつあるが、本研究の目的は、ニューロンネットワークとアストロサイトネットワークの機能的相関から脳の動作原理を解明しようとするものである。この目的を達成するために、次のような研究を行った。脳スライス標本を用いて、カルシウムイメージング法により比較的少数（数十個）のニューロンとアストロサイトの活動（細胞の活動に伴う細胞内カルシウム濃度変化）を計測し、計測された個々の細胞をニューロンとアストロサイトとに自動的に分類するアルゴリズムの開発を行っている。本年度は、フェニレフリンや高カリウム溶液に対する応答でニューロンとアストロサイトを弁別できるかどうかを検討した。現在、データを解析中である。
低酸素は頸動脈小体の興奮を介して呼吸出力を増強させるが、一旦増強した呼吸出力は、低酸素刺激がなくなった後も数分間以上持続し、その現象は、短期呼吸増強（short term potentiation）と呼ばれるが、その機序は不明であった。低酸素後短期呼吸増強はアストロサイトによるとの仮説を立て、その妥当性を検証するため、各種刺激に対するアストロサイトの活性化を抑える薬剤、arunidic acide（ONO-2506）の効果を解析し、ONO-2506の前投与は、マウスにおいて、低酸素後短期呼吸増強を抑えることを確認した。 また、遺伝的アルゴリズムによる解析技術の基礎的調査を行い、実応用問題領域への適用技術などの知見を得た。さらに、MAPLE等のソフトウェアを用いたシミュレーション、解析の方法について検討した。
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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
本研究の目的である「ニューロンネットワークとアストロサイトネットワークの機能的相関から脳の動作原理を解明する。」を達成するために、順調に研究が進んでいる。論文発表4件、口頭発表8件という成果発表も行っていることから、おおむね順調であると考える。
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| Strategy for Future Research Activity |
研究計画に書いた「計測規模の拡大し、より多数（各500～1000個）のニューロンとアストロサイトを同時計測の対象とし、その内部に複数のニューロンアセンブリおよびアストロサイトアセンブリを含む大規模ニューロンネットワークおよびアストロサイトネットワークの機能的相関を解析する。」の他に、成果のところでも説明したように、GFAP-EGFPトランスジェニックマウスを用いて、アストロサイトに発現するGFAP-EGFP蛍光を教師信号とするサポートベクターマシン法による二者の弁別を試みる。低酸素後短期呼吸増強の機序をさらに解明するため、低酸素刺激後の延髄孤束核におけるアストロサイトとニューロンの機能的、解剖学的相関を詳細に解析する予定である。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
24年度の執行残額については、実験用のマウスの購入に主にあてるとともに、解析用ソフトウェアの整備に用いる。25年度の当初配分額については、計画通り、消耗品の購入や研究成果公表等のための旅費として用いる。
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Research Products
(12 results)
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[Presentation] P2X receptor-mediated nociceptive information processing by astrocytes and neurons in the dorsal horn: voltage imaging, patch clamp recording and immunostaining analyses.2012
Author(s)
Okada Y, Aoyama R, Yokota S, Yasui Y, Fukuda Y, Shinozaki Y, Yoshida H, Nakamura M, Chiba K, Yasui Y, Kato F, Toyama Y
Organizer
A satellite event of the FENS Forum 2012
Place of Presentation
Barcelona
Year and Date
20120713-20120714
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[Presentation] Sensory information processing by astrocytes and neurons in the spinal cord dorsal horn via P2X receptors: voltage-imaging, patch clamp and anatomical analyses2012
Author(s)
Okada Y, Aoyama R, Yokota S, Yasui Y, Fukuda K, Shinozaki Y, Yoshida H, Nakamura M, Chiba K, Yasui Y, Kato F, Toyama Y.
Organizer
Purine 2012
Place of Presentation
福岡
Year and Date
20120531-20120602
