ＴＥＯ－ＴＥ野における神経結合の光イメージングと応答特性変換機構の解明

2015 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 26750383
• Research Institution: Institute of Physical and Chemical Research
• Principal Investigator: 中道 友 国立研究開発法人理化学研究所, 脳科学総合研究センター, 研究員 (70586164)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2017-03-31
• Keywords: オプトジェネティクス / 光内因性信号イメージング / 視覚

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、高次視覚野TEO野－TE野間の神経応答特性が、領野間でどのように変換されるかを明らかとすることを目的としている。この目的の達成には、広い皮質間の神経結合のパターンを、生きている動物から記録する新手法の開発と、これを用いたTEO野－TE野の神経結合パターンの同定、同定した神経細胞ペアの応答特性の電気生理学記録が必要である。
これまでの研究において、オプトジェネティクスと光内因性信号イメージングを用いた、皮質間投射パターン計測法の開発を行った。オプトジェネティクスは、対象とする神経細胞の特定部位に光感受性たんぱく質を発現させ、神経活動を光で制御する技術である。光内因性信号イメージングは、赤色の光で照らした脳表の画像から、神経活動に起因した微小な光反射強度変化を検出し、脳表上のどこで神経細胞が活動しているかを画像化する手法である。即ち、オプトジェネティクスを用いTEO野の細胞を活動させ、投射先のTE野で光内因性信号イメージングを行うことにより、光刺激の位置と神経活動が得られた位置からTEO野－TE野の皮質間投射パターンを同定することができる。手法の検証のため、その存在が解剖学的に知られている、初期視覚野V1と第二視覚野V2の境界領域における対側投射に提案手法を適用した。右半球のV1/V2境界領域にて複数個所オプトジェネティクスの光刺激を行い、左半球のV1/V2境界領域で光内因性信号イメージングを行ったところ、各刺激位置によって異なる部位に投射された活動を記録できた。この結果は、神経活動の電気記録でも検証できた。以上より、提案手法は皮質間の投射パターンの同定に有用であり、TEO野－TE野間の投射パターンの同定も可能であると考える。

Current Status of Research Progress

4: Progress in research has been delayed.

Reason

異なる個体を用いて、これまでの実験結果の再現性を検証する予定であったが、発現させた光感受性たんぱく質の総量や光内因性信号の強さに個体差があったため、安定した実験結果を得ることができなかった。このため、実験結果の再現性に関しては、現在も引き続き検証実験を行っている。また検証実験と並行して、TEO野－TE野間の神経結合パターンの同定に提案手法を適用する予定であったが、TE野の脳表を露出させる手術の最中に動物が死亡してしまったため、計画通りに実験を実施できなかった。現在は新しい動物を用意し、実験を開始したところである。

Strategy for Future Research Activity

これまでの実験結果の再現性の検証は引き続き行う。また、光感受性たんぱく質の発現の局在性に関して、別途に解剖学的検討が必要となったため、これも並行して行う。なお、これらの結果はまとまり次第、一度論文を作成する。
TEO野－TE野における実験に関しては、神経結合パターンのイメージング実験を2~3ヶ月程度実施し、その後は電気生理学実験による結果の検証と、TEO、TE野の応答特性の記録を並行して行う。

Causes of Carryover

異なる個体を用いた検証実験に関しては、動物間の個体差により安定した実験結果を得ることができなかったため、再度同様の実験を実施する必要がある。また、TEO野－TE野間の神経結合パターンを同定する実験に関しては、TE野の脳表を露出させる手術の最中に動物が死亡してしまったため、実験実施計画に遅延が生じた。これらの理由から、今後も動物実験を継続する必要があるため、動物の飼育費用や消耗品の費用を確保する必要が生じた。

Expenditure Plan for Carryover Budget

実験動物の購入費用と飼育費用、および消耗品の購入費用として使用する予定である。