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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

Research Project

Project/Area Number 24500365
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Research InstitutionThe Institute of Statistical Mathematics

Principal Investigator

田村 義保  統計数理研究所, モデリング研究系, 教授 (60150033)

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)
Project Period (FY) 2012-04-01 – 2015-03-31
Keywordsカルシウムイメージング / アストロサイト
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。

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。

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。

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。

  • Research Products

    (12 results)

All 2013 2012

All Journal Article (4 results) (of which Peer Reviewed: 3 results) Presentation (8 results)

  • [Journal Article] 各種病態における呼吸困難感の出現・知覚機序とその対策2013

    • Author(s)
      岡田泰昌、梅田啓
    • Journal Title

      呼吸と循環

      Volume: 61 Pages: 444-454

  • [Journal Article] Preinspiratory calcium rise in putative pre-Botzinger complex astrocytes2012

    • Author(s)
      Okada Y, Sasaki T, Oku Y, Takahashi N, Seki M, Ujita S, Tanaka KF, Matsuki N, Ikegaya Y.
    • Journal Title

      J Physiol

      Volume: 590 Pages: 4933-4944

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] 正確さの比較:Bland-Altman解析による呼吸器内科領域代替検査法の検証2012

    • Author(s)
      梅田 啓, 岡田 泰昌
    • Journal Title

      呼吸と循環

      Volume: 60 Pages: 840-848

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] 単一試行生体イメージングデータ解析のためのAR型モデルに基づく時空間フィルタリング法2012

    • Author(s)
      三分一 史和、越久 仁敬、岡田 泰昌、川合 成治、田村 義保、石黒 真木夫
    • Journal Title

      統計数理

      Volume: 60 Pages: 149-157

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Post-hypoxic potentiation of breathing is mediated by astrocytes2013

    • Author(s)
      Okada Y, Takeda K, Oyamada Y, Oku Y, Miwakeichi F, Someya H, Ishiguro M, Tamura Y, Pokorski M
    • Organizer
      The XI European Meeting on Glial Cells in Health and Disease
    • Place of Presentation
      Berlin
    • Year and Date
      20130703-20130706
  • [Presentation] Respiratory rhythm is driven by astrocytes in the preBotzinger complex2013

    • Author(s)
      Okada Y
    • Organizer
      The 90th Annual Meeting of the Physiological Society of Japan
    • Place of Presentation
      東京
    • Year and Date
      20130327-20130329
  • [Presentation] Effects of DMSO on nociception and respiratory control2013

    • Author(s)
      Takeda K, Pokorski M, Oyamada Y, Okada Y
    • Organizer
      The 90th Annual Meeting of the Physiological Society of Japan
    • Place of Presentation
      東京
    • Year and Date
      20130327-20130329
  • [Presentation] 生体イメージングデータ解析のための時空間フィルタリング法.2012

    • Author(s)
      三分一 史和,越久 仁敬,岡田 泰昌,川合 成治,田村 義保,石黒 真木夫
    • Organizer
      第17回認知神経科学会学術集会、シンポジウムII「機能画像と高次脳機能」
    • Place of Presentation
      東京
    • Year and Date
      20120929-20120930
  • [Presentation] Spatial averaging of dynamic voltage imaging data by standardizing the shape, size and internal structure of multiple samples2012

    • Author(s)
      Fujiki Y, Okada Y, Oku Y, Yokota S, Tamura Y, Ishiguro M, Miwakeichi F.
    • Organizer
      35th Annual Meeting of the Japan Neuroscience Society
    • Place of Presentation
      名古屋
    • Year and Date
      20120918-20120921
  • [Presentation] Anatomical identification of intrinsically chemosensitive astrocytes and neurons in the ventral medulla2012

    • Author(s)
      Okada Y, Yokota S, Oku Y
    • Organizer
      FENS Forum 2012
    • Place of Presentation
      Barcelona
    • Year and Date
      20120714-20120718
  • [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
  • [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

URL: 

Published: 2014-07-24  

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