2018 Fiscal Year Annual Research Report
行動の頑健性と柔軟性を制御する神経回路動態の可視化と機能制御
Publicly Offered Research
| Project Area | Brain information dynamics underlying multi-area interconnectivity and parallel processing |
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| Project/Area Number |
18H05135
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
石原 健 九州大学, 理学研究院, 教授 (10249948)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 線虫 / 全脳イメージング / カルシウムイメージング / 機械学習 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
動物は、様々な情報を中枢神経回路において適切に処理することによって、刻々と変動する環境に適応している。本研究では、線虫をモデルとして、特定の刺激に対していつも同じ行動をとる（頑健性がある）場合と、確率的に行動を変化させる（柔軟な）場合とでどのように情報処理に違いがあるのかを明らかにすることを目的としている。
（１）これまでデータ取得・データ処理手法などを開発してきた４Dイメージングシステムを用いて、無麻酔下において刺激に依存した頭部全中枢神経細胞の活動を測定した。これによって、細胞名を識別したデータを多数得ることができた。
（２）上記で得られたデータに基づいて、神経活動の因果関係の推定をすることによって、機能的な神経回路を同定することを目指した。具体的には、特定の神経細胞の活動を、その神経細胞にシナプス結合を作っている全ての神経細胞の活動から、機械学習(ランダムフォレスト回帰）によって予測できるかを調べると、多くの場合に予測できることが明らかになった。このことは、それぞれの神経細胞の機能的な入力を推定できる可能性があることを示唆している。
（３）上記の神経活動予測を多数の個体で行うと、シナプス結合を作っている神経細胞の中で、下流に影響を及ぼしている神経細胞には、個体間の差が大きいことが示唆された。
（４）線虫の頭部神経細胞のうち、3対の神経細胞だけで、カルシウムセンサーを発現している線虫について、測定条件を確立した。
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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
（１）線虫の頭部中枢にある全ての神経細胞の活動を測定し、その神経細胞のアノテーションをしたデータを多数得ることができた。
（２）機能的な神経回路を推定するために、統計学的な手法をとりいれた。これにより、構造的な神経回路が共通であっても、機能的な神経回路には個体差が大きい可能性があることが示唆された。
（３）少数の神経細胞でカルシウムセンサーを発現する線虫の活動を、４Dイメージングシステムを用いて、長時間測定することが可能になった。
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| Strategy for Future Research Activity |
（１）神経細胞のアノテーションが完全にはできない個体が多いので、その精度を上げることを目指す。
（２）機能的な神経回路の解析を進めるとともに、行動を制御するために重要な神経細胞の推定を、統計学的に明らかにする。
（３）少数の神経細胞でカルシウムセンサーを発現する線虫を用いて、それらの神経細胞間の機能的なつながりを解析し、個体間の違いを明らかにする。
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Research Products
(8 results)
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[Journal Article] Environmental responsiveness of tubulin glutamylation in sensory cilia is regulated by the p38 MAPK pathway.2018
Author(s)
Kimura Y, Tsutsumi K, Konno A, Ikegami K, Hameed S, Kaneko T, Kaplan OI, Teramoto T, Fujiwara M, Ishihara T, Blacque OE, Setou M.
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Journal Title
Sci Rep
Volume: 8
Pages: 8392
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Presentation] Analyzing whole-brain dynamics of C. elegans with statistical approach2019
Author(s)
Murakami Yuko, Suzu Oe, Motonari Ichinose, Takayuki Teramoto, Yu Toyoshima, Terumasa Tokunaga, Osamu Hirose, Wu Stephan, Jang Moon-Song, Hirofumi Sato, Sayuri Kuge, Yuishi Iwasaki, Ryo Yoshida, Yuichi Iino, Takeshi Ishihara
Organizer
The 20th International Conference on Systems Biology
Int'l Joint Research
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[Presentation] Analyzing whole neural activities to elucidate the mechanisms underlying sensory integration2018
Author(s)
Yuko Murakami, Suzu Oe, Kawahara Yuki, Takumi Katsume, Takayuki Teramoto, Yu Toyoshima, Terumasa Tokunaga, Osamu Hirose, Wu Stephan, Jang Moon-Song, Hirofumi Sato, Sayuri Kuge, Yuishi Iwasaki, Ryo Yoshida, Yuichi Iino, Takeshi Ishihara
Organizer
The 8th Asia Pacific C.elegans Meeting
Int'l Joint Research
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[Presentation] Analyzing whole neural activities to elusidate the mechanisms underlying sensory integration2018
Author(s)
Yuko Murakami, Suzu Oe, Takumi Katsume, Takayuki Teramoto, Yu Toyoshima, Terumasa Tokunaga, Osamu Hirose, Wu Stephan, Jang Moon-Song, Hirofumi Sato, Sayuri Kuge, Yuishi Iwasaki, Ryo Yoshida, Yuichi Iino, Takeshi Ishihara
Organizer
Symposium on Systems Science of Bio-Navigation 2018
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