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2023 Fiscal Year Annual Research Report

Analysis of Proto-Intelligence with Optical Voltage Measurement of Free-Swimming Paramecium in a Diorama Environment

Publicly Offered Research

Project AreaAdvanced mechanics of cell behavior shapes formal algorithm of protozoan smartness awoken in giorama conditions.
Project/Area Number 22H05698
Research InstitutionTokushima Bunri University

Principal Investigator

冨永 貴志  徳島文理大学, 神経科学研究所, 教授 (20344046)

Project Period (FY) 2022-06-16 – 2024-03-31
Keywords膜電位感受性色素 / ゾウリムシ / 光計測 / カルシウム濃度測光 / 膜電位固定
Outline of Annual Research Achievements

ゾウリムシは100年以上も動物行動のモデル生物として利用されている。特に1970年代以降は、「泳ぐ神経細胞」「泳ぐ受容体」として知られるようになった。この理由は、その行動が膜電位応答やカルシウムをはじめとする細胞内信号伝達系の挙動でほぼ解析できるからである。このため、ゾウリムシは重要な生物機械モデルとしての地位を確立した。これらの知見は、ゾウリムシの大きさを活かした二本刺しの膜電位固定技術による高精度な電気生理学的研究に裏打ちされている。しかし近年、さらに詳細な行動解析により、これまでの知見を超える知能ともいえる行動制御のメカニズムが明らかになりつつある。一方で、げっ歯類を中心とした脳研究からは、ヒトを含む高等動物とは異なる種類の知能を持つ生物モデルの研究が重視されている。
私は膜電位イメージングという手法を用いて、主に海馬の高次機能を研究している。この手法をゾウリムシに適用し、自由行動下で複数のゾウリムシの膜電位を同時に読み出すことを計画している。この研究を通じて、ゾウリムシが従来の生物機械的な理解を超える原生知能を持つこと、およびそのメカニズムを明らかにすることを目指している。
昨年度は、膜電位感受性色素を用いてゾウリムシを染色し、蛍光画像を膜電位計測用の光学系、撮像システムで撮影できることを確認した。また、カルシウム測光についても光計測が可能であることを確認した。この手法をさらに確実に行えるように計測環境を整備し、実際に時間変化を計測した。
これまでに、領域会議で2回の発表を行った。また、膜電流解析の論文を投稿準備中である。

Research Progress Status

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

  • Research Products

    (24 results)

All 2024 2023 Other

All Journal Article (9 results) (of which Peer Reviewed: 9 results,  Open Access: 5 results) Presentation (12 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results) Remarks (3 results)

  • [Journal Article] Action of GABAB receptor on local network oscillation in somatosensory cortex of oral part: focusing on NMDA receptor2024

    • Author(s)
      Hiroyuki Kanayama,Takashi Tominaga,Yoko Tominaga,Nobuo Kato,Hiroshi Yoshimura
    • Journal Title

      The Journal of Physiological Sciences

      Volume: 74 Pages: 16

    • DOI

      10.1186/s12576-024-00911-w

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Decreases in the number of microglia and neural circuit dysfunction elicited by developmental exposure to neonicotinoid pesticides in mice2024

    • Author(s)
      Kaede Namba,Takashi Tominaga,Yasuhiro Ishihara
    • Journal Title

      Environmental Toxicology

      Volume: 2024 Pages: 1-12

    • DOI

      10.1002/tox.24263

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Alternative strategy for driving voltage-oscillator in neocortex of rats2023

    • Author(s)
      Takako Fukuda,Takashi Tominaga,Yoko Tominaga,Hiroyuki Kanayama,Nobuo Kato,Hiroshi Yoshimura
    • Journal Title

      Neuroscience Research

      Volume: 191 Pages: 28-37

    • DOI

      10.1016/j.neures.2023.01.002

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Assessing seizure liability in vitro with voltage-sensitive dye imaging in mouse hippocampal slices2023

    • Author(s)
      Yuichi Utsumi,Makiko Taketoshi,Michiko Miwa,Yoko Tominaga,Takashi Tominaga
    • Journal Title

      Frontiers in Cellular Neuroscience

      Volume: 17 Pages: 1217368

    • DOI

      10.3389/fncel.2023.1217368

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Effects of early-life tosufloxacin tosilate hydrate administration on growth rate, neurobehavior, and gut microbiota at adulthood in male mice2023

    • Author(s)
      Ayano Hasegawa,Takahiro Sasaki,Jahidul Islam,Takashi Tominaga,Tomonori Nochi,Kenshiro Hara,Kentaro Tanemura
    • Journal Title

      The Journal of Toxicological Sciences

      Volume: 48 Pages: 149-159

    • DOI

      10.2131/jts.48.149

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Exposure to bisphenol A or its phenolic analogs during early life induces different types of anxiety-like behaviors after maturity in male mice2023

    • Author(s)
      Takahiro Sasaki,Hirokatsu Saito,Yusuke Furukawa,Takashi Tominaga,Satoshi Kitajima,Jun Kanno,Kentaro Tanemura
    • Journal Title

      The Journal of Toxicological Sciences

      Volume: 48 Pages: 211-219

    • DOI

      10.2131/jts.48.211

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Functional Dissection of Ipsilateral and Contralateral Neural Activity Propagation Using Voltage-Sensitive Dye Imaging in Mouse Prefrontal Cortex2023

    • Author(s)
      Pooja Gusain,Makiko Taketoshi,Yoko Tominaga,Takashi Tominaga
    • Journal Title

      eneuro

      Volume: 10 Pages: 1-12

    • DOI

      10.1523/eneuro.0161-23.2023

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] RNA interference reveals the escape response mechanism of Paramecium to mechanical stimulation2023

    • Author(s)
      Manabu Hori,Takashi Tominaga,Masaki Ishida,Mutsumi Kawano
    • Journal Title

      Biophysics and Physicobiology

      Volume: 20 Pages: e200025

    • DOI

      10.2142/biophysico.bppb-v20.0025

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Stable wide-field voltage imaging for observing neuronal plasticity at the neuronal network level2023

    • Author(s)
      Takashi Tominaga,Riichi Kajiwara,Yoko Tominaga
    • Journal Title

      Biophysics and Physicobiology

      Volume: 20 Pages: e200015

    • DOI

      10.2142/biophysico.bppb-v20.0015

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] Light scattering along with postsynaptic membrane potential changes as the plausible cause of the fast intrinsic optical signal (FIOS) from label-free mice hippocampal slices.2023

    • Author(s)
      *Y. TOMINAGA, M. KOIKE-TANI, T. TANI, T. TOMINAGA
    • Organizer
      Society for Neuroscience
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Voltage-sensitive dye imaging reveals disrupted interhemispheric communication in a cuprizone-induced demyelination mouse model of multiple sclerosis.2023

    • Author(s)
      *K. TSUKUDA, M. MIWA, M. TAKETOSHI, Y. TOMINAGA, K. NAKASHIMA, T. TOMINAGA
    • Organizer
      Society for Neuroscience
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Investigating the role of the CA2 area in seizure propagation with a voltage-sensitive dye (VSD)-based assay in hippocampal slices: The effects of seizurogenic drugs.2023

    • Author(s)
      *Y. UTSUMI, M. TAKETOSHI, Y. TOMINAGA, T. TOMINAGA
    • Organizer
      Society for Neuroscience
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 海馬スライスのVSD(voltage-sensitive dye)アッセイを用いた痙攣発作感受性におけるCA2野の機能解析:痙攣発作誘発薬の効果2023

    • Author(s)
      内海 雄一, 竹歳 麻紀子, 冨永 洋子, 冨永 貴志
    • Organizer
      第46回日本神経科学大会
  • [Presentation] ビスフェノールAおよびそのフェノール類縁体の発達期曝露は性質の異なる不安様行動を惹起する2023

    • Author(s)
      佐々木 貴煕, 齊藤 洋克, 古川 佑介, 冨永 貴志, 北嶋 聡, 菅野 純, 種村 健太郎
    • Organizer
      第46回日本神経科学大会
  • [Presentation] 老齢マウスにおける電気刺激に対する海馬の回路異常と脳内炎症の亢進:VSD研究2023

    • Author(s)
      佃 京華, 竹歳 麻紀子, 冨永 洋子, 中島 健太郎, 冨永 貴志
    • Organizer
      第46回日本神経科学大会
  • [Presentation] C57BL/6マウスの発達段階に応じた社会的新奇性探索行動解析2023

    • Author(s)
      岩岡 みほり, 斎藤 雄輝, 井出 悠也, 冨永 貴志, 梶原 利一
    • Organizer
      第46回日本神経科学大会
  • [Presentation] シナプス後神経活動の非標識測定法としてのFast Intrinsic Optical Signal (FIOS)の可能性を探る:海馬スライス標本計測2023

    • Author(s)
      冨永 洋子, 谷(小池) 真紀, 谷 知己, 冨永 貴志
    • Organizer
      第46回日本神経科学大会
  • [Presentation] 神経回路機能のVSD イメージング:発生発達期の化学物質曝露の影響を評価するための課題と今後の方向性2023

    • Author(s)
      冨永 貴志
    • Organizer
      第50回日本毒性学会学術年会
  • [Presentation] 膜電位イメージングとその応用2023

    • Author(s)
      冨永 貴志, 冨永 洋子
    • Organizer
      第14回日本生物物理学会中国四国支部会
  • [Presentation] 海馬における後シナプス神経活動の非標識測定法としての高速内因性信号(FIOS)の可能性を探る2023

    • Author(s)
      冨永 洋子, 冨永 貴志
    • Organizer
      第14回日本生物物理学会中国四国支部会
  • [Presentation] Comprehensive visualization of large-scale neural circuits in mouse brain slices using voltage- sensitive dye (VSD) imaging2023

    • Author(s)
      Kyoka Tsukuda, Kaho Yokoyama, Yuichi Fukuyoshi, Makiko Taketoshi, Yoko Tominaga, Takashi Tominaga
    • Organizer
      第14回日本生物物理学会中国四国支部会
  • [Remarks] 徳島文理大学神経科学研究所

    • URL

      https://www.bunri-u.ac.jp/ins/lncs.html

  • [Remarks] 徳島文理大学神経科学研究所Backyard of the Lab

    • URL

      http://dev.main.jp/lncs/

  • [Remarks] 生物物理学会生物物理について

    • URL

      https://www.biophys.jp/highschool/A-15.html

URL: 

Published: 2024-12-25  

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