2014 Fiscal Year Annual Research Report
ショウジョウバエ音識別システムのトポロジー構造と情報処理ダイナミクスの包括解明
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25710001
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
上川内 あづさ 名古屋大学, 理学(系)研究科(研究院), 教授 (00525264)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 聴覚神経回路 / 神経応答 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、本申請者が独自に実験モデルとして基盤整備を行ったショウジョウバエ聴覚系を用いた研究を発展させ、脳において同種交信音の識別を可能にする神経基盤を解明することを目的としている。この達成に向けて、当該年度では、前年度までに確立したカルシウムイメージングシステムを用いて、聴感覚神経細胞のうち、応答特性が未知であるサブグループDと呼ばれる神経細胞集団の応答特性を解析した。このサブグループDは細胞数が数十個程度と非常に少ないため、これまでの解析方法では、応答を測定することが不可能であった。私たちはカルシウムイメージングシステムを改良し、高感度で神経応答を可視化することに成功した。その結果、サブグループDはこれまでに解析が進んだ他の聴感覚神経細胞群とは異なり、聴覚器の振動と変異の両方に応答することを発見した。また、サブグループDを構成する聴感覚神経細胞の軸索投射、並びに出力部位の詳細なマッピングを行い、脳の後方領域に情報を伝えることを見出した。今後はこれらの情報を受け取る虹神経細胞軍の体系的な同定を進める予定である。脳画像データが公開されている7017種類のGAL4系統（Janelia farm由来）、および連携研究者である伊藤啓（東大・分生研、准教授）が提供する3939種類のGAL4系統と300種類のLexA系統群の脳画像データをスクリーニング源として実際に抗体染色を行い、主要な聴覚経路と副次的な聴覚経路を構成すると予想される神経細胞集団を絞り込んだ。これらの系統群を使うことで、単一細胞レベルでの聴覚神経回路地図の作成を進めている。
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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
前年度に確立したカルシウムイメージングシステムをさらに改良して高感度化することに成功した。これにより、聴感覚神経細胞のうち、これまで応答特性を測定することができなかったサブグループDと呼ばれる神経細胞集団の応答特性を、世界で初めて解明することができた。また、前年度までにスクリーニングしたGAL4系統やLexA系統を実際に抗体染色することで、聴覚中枢経路と副次的な聴覚経路を構成すると予想される神経細胞集団を絞り込むことができた。これにより、次年度に実施を予定している、単一細胞レベルでの聴覚神経回路地図を効率的に作成するための基盤が整備できた。以上の状況を鑑みると、本研究計画は、概ね順調に進展していると評価できる。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでに絞り込んだショウジョウバエのGAL4系統やLexA系統を用いて、熱ショックフリップアウト法を利用することで単一細胞レベルで高次聴覚神経細胞を大規模同定する。解剖学的な解析を進めることで、ショウジョウバエの脳内における包括的な虹聴覚神経回路地図を作成する。また、同定した虹聴覚神経細胞群の応答特性の解析を、カルシウムイメージング法を用いて進める。これまでに確立した純音を用いた刺激法に加えて、ショウジョウバエが求愛時に用いる「求愛歌」と呼ばれるパルス音も刺激として用いる。これにより、どのような種類の音がどのような聴覚神経回路で情報処理されることで、特定の行動発現に至るかを解明する。それぞれの聴覚神経経路を構成する細胞群それぞれが形成するネットワークトポロジーを、側方抑制やRecurrent阻害、feed-forwardループなどのモチーフ構造へと分類する。また、それらモチーフ群の組み合わせが形成する階層構造を解析して体系化する。雌雄差や個体差などによる、構造的な揺らぎも含めた解析を行う。
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| Causes of Carryover |
音受容器の動き計測システムのズームレンズの選定において、性能表上は条件を満たしていたが、実際には焦点深度が浅く、音受容器の動きを高精度で捉える目的に使用するには不十分であった。そこで、レンズ性能の再評価を行う必要が生じた。再評価の結果、より倍率の高いレンズでの観察を可能とする、新たな機種選定が必要となった。そのため、次年度への繰越が必要になった。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
音受容器の動き計測システムのズームレンズを再評価し、より倍率の高いズームレンズを選定し、実験に用いる。
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