2014 Fiscal Year Annual Research Report
呼吸中枢に自励的同期現象を生成するニューロン・アストロサイト間の機能的結合の解明
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26280109
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| Research Institution | The Institute of Statistical Mathematics |
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Principal Investigator |
三分一 史和 統計数理研究所, モデリング研究系, 准教授 (30360647)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
尾家 慶彦 兵庫医科大学, 医学部, 助教 (50396470)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 生体イメージングデータ時空間解析 / 神経情報学 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
自励的同期活動（吸息性活動）を行う細胞（呼吸細胞）のネットワークを推定するため，脳幹部の呼吸中枢部位であるpre-Botzinger complexを含むスライス標本を用いて，蛍光イメージングデータを計測した。データ解析の事前処理として，画像強度の不均性を補正する方法，細胞の輪郭を強調する画像処理方法などの開発を行った。焦点面外からの光散乱や還流液によるサンプルの微動に起因するモーションアーチファクトの評価を行い，実用的な補正方法について一定の結論に達することが出来た。
呼吸中枢部位におけるニューロンとアストロサイトの検出はは， Oragon green BAPTA-1 (OGB-1)蛍光ライブイメージングデータの分散マップの二値画像を用いて行い，アストロサイトの特定にはアストロサイトに特異的に発現させたEGFP（Enhanced Green Fluorescent Protein）あるいはRFP (Red Fluorescent Protein)イメージの強度マップを用いた。吸息性ニューロンの特定には舌下神経根または局所細胞外電位（LFP）のアナログシグナルとして計測された吸息活動のバースト列を参照関数とた時間依存相互相関マップを用いて行い，本研究ではアストロサイトと吸息性ニューロンを検出する方法を開発した。
また，吸息バースト毎のイメージングデータ解析により，バースト毎にの呼吸細胞の活性化順序が変化し，その変化は完全なランダム変化ではなく，一部の細胞のみが早いタイミングで活性化しており、緩やかな規則性があることを発見した。さらに、呼吸細胞の活性化順序の法則と細胞種の関連性を調べるためにドイツ・ゲッティンゲン大学で、細胞種特異的に蛍光タンパク質を発現する遺伝子組換マウスを用いたカルシウムイメージングの予備実験も行った。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
遺伝子改変を伴う実験動物の手配が遅れている。
実験のためのドイツ ゲッチンゲン大学へ訪問する日程調整に時間がかかり，また，滞在中に実験装置の不具合のために実験を中断せざるを得ない期間があったため。
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| Strategy for Future Research Activity |
蛍光イメージングデータ検出されたアストロサイトの時系列の特性を調べる。アストロサイトの活動はニューロンの活動に比べて低い周波数帯域での信号となるので，背景のドリフト成分に起因するアーチファクトと区別しながらアストロサイトの活動由来の信号を検出する方法を検討し，ニューロンの活動と関係するアストロサイトが存在するのかどうかを顕彰する。
実験においては，前年度に予備実験を行った細胞種特異的に蛍光タンパク質を発現する遺伝子組換マウスによる本実験と解析を進め，呼吸細胞の活性化順序の法則と細胞種（グリア細胞・抑制性ニューロン）の関連性について知見を見出す。このため，吸息性活動のタイミング・カルシウムイメージングに加えて，細胞種特異的に発現する蛍光タンパク質の観察による各種細胞の位置の同定を行う。また，薬剤によりこれらの細胞の活動を特異的に阻害した場合やレーザーアブレーション法による特定の細胞の除去によるネットワーク構造の変化についても調査を行う。さらに，これらの細胞が他の種類の細胞とどのようなネットワーク構造を構築しているのか詳細に明らかにするために，カルシウムイメージング後のスライスにおいて各種細胞の多重免疫染色も行う予定である。
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| Causes of Carryover |
研究打ち合わせと実験のための年度内2度目のドイツ ゲッチンゲン大学への訪問時期が次年度へとずれこみ，そのための渡航費，滞在費が次年度使用となったため。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
研究分担者である尾家が次年度に2ヶ月弱の予定で実験のためにゲッチンゲン大学に滞在し，その間に研究代表者である三分一が1週間程度訪問し，計測データや暫定的な解析結果について議論と打ち合わせを行う予定である。
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