2017 Fiscal Year Annual Research Report
線虫の塩走性行動の包括的理解に向けた全中枢神経活動と行動の高精度同時計測
Publicly Offered Research
| Project Area | Systems Science of Bio-navigation |
|---|
| Project/Area Number |
17H05970
|
|---|
| Research Institution | The University of Tokyo |
|---|
Principal Investigator |
豊島 有 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 助教 (10632341)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2019-03-31
|
| Keywords | 機能的全脳イメージング / 行動計測 / 神経細胞の同定 / 数理モデル化 / 線虫 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、ナビゲーション行動中の線虫の全神経活動の観察やナビゲーション行動の数理モデル化を通じて、神経系の情報処理の仕組みを理解することを目指す。
H29年度は、行動中の線虫の全神経活動の観察に用いる顕微鏡の開発を進めた。試作機における性能評価を進め、線虫の全脳イメージングの3D画像を得ることに成功した。一方、当初計画していた速度で撮影しつつ良好なシグナルノイズ比を得ようとすると、蛍光が早く褪色してしまうために十分長い時間撮影することができない可能性があることがわかり、解決方法の検討を進めている。
また、ナビゲーション行動の数理モデル化については、英国MRCの小田およびde Bonoとの共同研究として、線虫の酸素走性行動の数理モデル化に取り組んだ。ニューログロビンの一種であるglb-5の変異体は野生型よりも低酸素側の領域へ集合するナビゲーション行動を示すことが知られていた。代表者らは線虫の酸素感覚神経においてglb-5が機能しており、酸素刺激に対する神経の応答や後退運動の頻度を変化させることを見出した。観測された神経応答を再現できるような数理モデルを作成し、その下流に簡易的な行動の数理モデルを組み込んだところ、野生型と変異体型のナビゲーション行動の違いを再現することに成功した。環境の感知から神経活動と行動を再現できる包括的な数理モデルの開発によって、環境の情報が神経系でどのように表現され、どのように行動出力へ結びつくかを定量的に明らかにすることができた。これらの成果をまとめた論文はPNAS誌に掲載された。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
行動中の線虫の全神経活動の観察に用いる顕微鏡の開発は、蛍光褪色の問題などもあり遅延が生じているが、ナビゲーション行動の数理モデル化について、研究成果をまとめた論文を公表することができた。
|
| Strategy for Future Research Activity |
行動中の線虫の全神経活動の観察に用いる顕微鏡の開発については、撮影速度・シグナルノイズ比・撮影時間のバランスの再検討に加えて、光学系の再検討も含めて、早期の問題解決を図る。また行動中の線虫の神経細胞の同定について、深層学習等の手法の利用も検討しつつ、適切な自動同定手法の開発を進める。
|
Research Products
(21 results)
-
-
-
-
-
[Presentation] 4Dイメージングデータ内の密集した細胞核を正確に検出・追跡・定量する画像解析手法2018
Author(s)
豊島 有, Stephen Wu, 佐藤 研, 滝沢 拓己, 徳永 旭将, 広瀬 修, 金森 真奈美, 佐藤 博文, 寺本 孝行, Jang Moon-Sun, 久下 小百合, 石原 健, 吉田 亮, 飯野 雄一
Organizer
新学術領域「レゾナンスバイオ」平成29年度第二回班会議
-
[Presentation] Neuronal signaling pathways estimated from whole-brain imaging data of C. elegans2017
Author(s)
Yuishi Iwasaki, Takayuki Teramoto,,Suzu Oe, Terumasa Tokunaga, Osamu Hirose, Stephen Wu, Yu Toyoshima, Moon Sun Jang, Ryo Yoshida, Yuichi Iino, Takeshi Ishihara
Organizer
第19回国際生物物理学大会(IUPAB2017)
Int'l Joint Research
-
-
[Presentation] Mathematical methods to analyze imaging data in the whole central nervous system: From noise reduction to causality detection2017
Author(s)
Y. Iwasaki, T. Teramoto, S. Oe, T. Tokunaga, O. Hirose, S. Wu, Y. Toyoshima, M. S. Jang, R. Yoshida, Y. Iino, T. Ishihara
Organizer
21st International Worm Meeting
Int'l Joint Research
-
-
-
-
[Presentation] 機能的全脳イメージングに必要な要素技術について2017
Author(s)
豊島 有, Stephen Wu, 滝沢 拓己, 佐藤 研, 徳永 旭将, 広瀬 修, 金森 真奈美, 佐藤 博文, 寺本 孝行, Jang Moon-Sun, 久下 小百合, 三上 秀治, 合田 圭介, 石原 健, 吉田亮, 飯野 雄一
Organizer
新学術領域「レゾナンスバイオ」平成29年度班会議
-
[Presentation] 線虫の塩走性行動の包括的理解に向けた全中枢神経活動と行動の高精度同時計測2017
Author(s)
豊島 有, 佐藤 研, 三上 秀治, Stephen Wu, 佐藤 博文, Jang Moon-Sun, 金森 真奈美, 滝沢 拓己, 大江 紗, 寺本 孝行, 徳永 旭将, 広瀬 修, 合田 圭介, 石原 健, 吉田亮, 飯野 雄一
Organizer
新学術領域研究「生物移動情報学」領域会議
-
[Presentation] Bio-image informatics for whole brain activity imaging of C. elegans2017
Author(s)
Yu Toyoshima, Stephen Wu, Hiroki Takizawa, Ken Sato, Terumasa Tokunaga, Osamu Hirose, Manami Kanamori, Hirofumi Sato, Takayuki Teramoto, Moon-Sun Jang, Sayuri Kuge, Hideharu Mikami, Keisuke Goda, Takeshi Ishihara, Ryo Yoshida, Yuichi Iino
Organizer
CREST symposium [COMPUTATIONAL PRNCIPLES OF THE NERVOUS SYSTEM]
Int'l Joint Research / Invited
-
[Presentation] Bio-image informatics for whole brain activity imaging2017
Author(s)
Yu Toyoshima, Stephen Wu, Hiroki Takizawa, Ken Sato, Terumasa Tokunaga, Osamu Hirose, Manami Kanamori, Hirofumi Sato, Takayuki Teramoto, Moon-Sun Jang, Sayuri Kuge, Hideharu Mikami, Keisuke Goda, Takeshi Ishihara, Ryo Yoshida, Yuichi Iino
Organizer
新学術領域「レゾナンスバイオ」若手の会 Joint Young Researchers' Meeting at Academia Sinica
Int'l Joint Research / Invited
-
[Presentation] 線虫の全脳イメージングによる行動を制御する情報処理機構の解析2017
Author(s)
大江紗, 勝目拓海, 寺本孝行, 豊島有, 徳永旭将, Wu Stephan, 広瀬修, Moon-Sun Jang, 佐藤博文, 滝沢拓己, 久下小百合, 岩崎唯史, 吉田亮, 飯野 雄一, 石原 健
Organizer
第40回日本神経科学大会
-
[Presentation] 線虫の全中枢神経イメージングによる神経活動と感覚運動情報との関連解析2017
Author(s)
飯野雄一, 豊島有, 寺本孝行, Wu Stephen, Moon-Sun Jang, 滝沢拓己, 徳永旭将, 佐藤博文, 広瀬修, 大江紗, 久下小百合, 岩崎唯史, 吉田亮, 石原健
Organizer
第40回日本神経科学大会
-
-
-
[Presentation] 線虫のwhole-brainイメージングデータに関する因果性解析2017
Author(s)
Yuishi Iwasaki, Takayuki Teramoto,,Suzu Oe, Terumasa Tokunaga, Osamu Hirose, Stephen Wu, Yu Toyoshima, Moon Sun Jang, Ryo Yoshida, Yuichi Iino, Takeshi Ishihara
Organizer
第55回日本生物物理学会大会
-
[Presentation] How taste preference is modulated in the nematode2017
Author(s)
Yuichi Iino, Takashi Nagasima, Hirofumi Sato, Jang Moon-Sun, Suzu Oe), Yu Toyoshima, Masahiro Tomioka, Hirofumi Kunitomo, Stephen Wu, Ryo Yoshida, Yuishi Iwasaki, Takeshi Ishihara
Organizer
The 16th International Symposium on Molecular and Neural Mechanisms of Taste and Olfactory Perception
Int'l Joint Research / Invited
