2016 Fiscal Year Annual Research Report
Optogenetic study of neural architecture involved in the spatiotemporal tactile pattern recognition
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25250001
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
八尾 寛 東北大学, 生命科学研究科, 教授 (00144353)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
大原 慎也 東北大学, 生命科学研究科, 助教 (10570038)
住吉 晃 東北大学, 加齢医学研究所, 助教 (80612530) [Withdrawn]
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 大脳皮質 / 一次知覚野 / 触覚 / 時空間パターン / 光遺伝学 / 電気生理学 / パラダイムシフト / カルシウムイメージング |
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| Outline of Annual Research Achievements |
昨年度の研究を発展させ、ウィスカ毛根周囲の機械受容ニューロン軸索端にチャネルロドプシン2(ChR2)を発現するトランスジェニックラット(W-TChR2V4)のそれぞれのウィスカ毛根と青色LED光源をファイバーに結合させた。大脳皮質バレル野からユニット記録しながら、それぞれのウィスカ毛根に光を順次照射したところ、それぞれのユニットは、特徴的な応答パターンで複数のウィスカに応答した。すなわち、バレル野のニューロンには、複数のウィスカの組合せに応答するものがあることが示唆された(Liu et al., 第39回日本神経科学大会, 2016; 劉越人ら, 先端モデル動物支援プラットフォーム平成28年度成果発表会, 2017)。ラットの触覚パターン認識の神経回路機構を研究する目的で、W-TChR2V4ラットのウィスカ光刺激と報酬を関連付ける条件付け実験システムを構築し、ウィスカ光刺激直後5秒以内にリッキングすると報酬を得るGoタスクと、5秒間リッキングを抑制すると報酬を得るNo-goタスクを課した。ラットは、Go, No-goのパラダイムシフトをすみやかに学習した(Abe & Yawo, 第39回日本神経科学大会, 2016)。微小プリズムを用いた2光子in vivoカルシウムイメージングを光操作技術と組み合わせ、大脳皮質横断的にパターン照射するシステムを最適化した。ウイルスベクターを用いて、マウス大脳皮質一次知覚野第Ⅴ層ニューロンにチャネルロドプシンとカルシウムセンサーR-CaMP2を発現させ、時空間パターン光刺激することにより、第Ⅴ層における入出力特性を解析した(Koizumi et al., 第39回日本神経科学大会, 2016他)。これにより、5層メゾスコピック回路における入出力の機能構築を解明した。
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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
ラットウィスカ毛根の光刺激の時空間パターンと大脳皮質一次知覚野のユニット計測研究に関しては、基盤となる実験システムの最適化をほぼ終了し、膨大なデータが蓄積されつつある。また、これらのデータから、パターン情報処理に関する機能構築が解明されつつあり、期間内に当初の目的を達成することが見込まれる。バレル野において、単純なパターンの識別がなされていることが示唆される。ウィスカ光刺激と報酬を関連付ける条件付け実験については、例数を増やすことにより、確実性を高められた。マイクロプリズムと2光子顕微鏡を用いたオール光のin vivoメゾスコピック脳機能解析システムの最適化に成功し、膨大なデータが蓄積されつつある。また、これらのデータから、大脳皮質入出力に関する機能構築が解明されつつあり、期間内に当初の目的を達成することが見込まれる。
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| Strategy for Future Research Activity |
（１）前年度までの研究により、大脳皮質一次知覚野II/III層のシングルユニット計測を最適化した。これを用い、個々のニューロン受容野を解明する。
（２）前年度までの研究により、微小プリズムを用いた2光子in vivoカルシウムイメージングを光操作技術と組み合わせ、大脳皮質横断的にパターン照射するシステムを最適化した。チャネルロドプシンをマウス大脳皮質第Ⅳ層ニューロンに発現するマウス大脳皮質に、ウイルスベクターを用いてR-CaMP2を発現させ、第Ⅳ層を光刺激することにより、感覚入力を再現し、その応答を個々のニューロンにおいて解析する。これにより、一次知覚野におけるパターン入力情報処理の神経回路機構を解明する。
（３）前年度までの研究により、ウィスカOTPを用いた条件付けにおいて、複数のウィスカの同期刺激と非同期刺激が弁別されることを見出した。これをさらに推し進め、同期・非同期弁別の神経回路機構を解明する。
（４）前年度に引き続き、増殖欠損型改変狂犬病ウイルスベクターによるバレル野や視床の逆行性標識を最適化する。
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[Journal Article] Blockade of the KATP channel Kir6.2 by memantine represents a novel mechanism relevant to Alzheimer's disease therapy.2018
Author(s)
Moriguchi S, Ishizuka T, Yabuki Y, Shioda N, Sasaki Y, Tagashira H, Yawo H, Yeh JZ, Sakagami H, Narahashi T, Fukunaga K.
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Journal Title
Mol Psychiatry.
Volume: 23
Pages: 211～221
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Integration of Organic Electrochemical and Field-Effect Transistors for Ultraflexible, High Temporal Resolution Electrophysiology Arrays.2016
Author(s)
Lee W, Kim D, Rivnay J, Matsuhisa N, Lonjaret T, Yokota T, Yawo H, Sekino M, Malliaras GG, Someya T.
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Journal Title
Adv Mater.
Volume: 28
Pages: 9722-9728
DOI
Peer Reviewed
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[Presentation] 新規トランスジェニックラット3 系統の開発- tdTomato レポーターラット, Flame ラット, ChRFR(C167A)レポーターラット-2017
Author(s)
五十嵐敬幸, 小泉協, 金子涼輔, 池田啓子, 江川遼, 柳川右千夫, 村松慎一, 鬼丸洋, 石塚徹, 八尾寛
Organizer
先端モデル動物支援プラットフォーム平成28年度成果発表会
Place of Presentation
大津
Year and Date
2017-02-06 – 2017-02-07
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[Presentation] 光と生命の融合2016
Author(s)
八尾寛
Organizer
最先端計測とライフサイエンスの近未来
Place of Presentation
仙台
Year and Date
2016-06-18 – 2016-06-18
Invited
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