2019 Fiscal Year Annual Research Report
Revealing neuronal network dynamics underlying behavioral phenotypes of psychiatric disorders by solving inverse problems
Publicly Offered Research
| Project Area | Constructive understanding of multi-scale dynamism of neuropsychiatric disorders |
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| Project/Area Number |
19H05224
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| Research Institution | Nagoya City University |
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Principal Investigator |
竹内 雄一 名古屋市立大学, 大学院薬学研究科, 研究員 (70588384)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 精神疾患 / 局所電場電位 / オシレーション / 逆問題 / 機械学習 / 統合失調症 / 薬物依存症 / 化学遺伝学 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
統合失調症や薬物依存症などの精神疾患は、通常見られない特有の行動により定義・診断される。精神疾患には遺伝的な要因もあるが、何故遺伝子やそれに伴うシナプス伝達など下層の変化が精神疾患特有の行動表現型に至るのかは分かっていない。これは遺伝子やシナプスの階層と行動層との解離が大きく、論理的な仮説を設定しづらいためであると考えられる。この問題を解決するためには、行動層の直下にあるマクロスコピックな神経回路ダイナミクス（脳活動パターン）に注目して、その行動表現型との因果律を解明すると共に、当該脳活動パターンと下層との関係を解析する戦略が有効である可能性がある。そこで本研究では、まず精神疾患の行動表現型を説明する脳活動パターンを情報学的手法で同定・モデル化し、同定した脳活動を操作することで、脳活動パターンと精神疾患の行動表現型との因果関係を明らかにすることを第一の目的とした。さらに遺伝子・シナプス・メゾ回路層における変容が当該モデルに与える影響を定量化することで、精神疾患の行動表現型が発現するメカニズムの構成的理解を目指す。初年度は以下の項目を達成した。
1．精神疾患症状様行動のモデルとして、ラットに文脈・感覚入力依存的に意思決定を行わせるオペラントタスクを確立した。
2．上記タスク実行中の動物の複数脳領域から、大規模電気生理学記録を行う技術を確立した。
3．機械学習を応用した手法（クロススペクトル因子分析法）を用いることで、上記タスク実行中の電気生理学記録から特定行動特異的な周期的脳活動（オシレーション）パターンを抽出する技術を確立した。
4．精神疾患時におけるメゾ回路層変容のモデルとして、化学遺伝学的手法による前頭葉機能低下症モデルラット（内側前頭前野および眼窩前頭皮質の機能低下）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
本研究遂行に際して重要な技術的課題である「精神疾患症状様の意思決定を説明する脳活動パターンの抽出法」を確立できたため。さらに精神疾患モデルの一つとして前頭葉機能低下症モデルラットを確立できた。そのため「おおむね順調に進展している」と判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
初年度の成果を受け、本研究の中心的課題である「精神疾患様の意思決定を説明する脳活動パターンの抽出とその操作」を実施する。具体的には以下の研究項目を順に達成する。
1．遺伝子・シナプス層変容のモデルとして、統合失調症モデルラット・薬物依存症モデルラットを導入する。
2．疾患モデルラットにおいて、上記オペラントタスク実行中における電気生理学記録（多脳領域における大規模局所電場電位記録）を行う。
3．取得した電気生理学記録から、クロススペクトル因子分析法を用いて、疾患症状および行動選択特異的な脳活動パターンを抽出・モデル化する。
4．抽出・モデル化した脳活動パターンを光遺伝学的手法または経頭蓋集束電気刺激法でリアルタイムに介入操作することで、当該脳活動パターンと疾患行動表現型との因果関係を検討する。
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Research Products
(18 results)
