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2014 Fiscal Year Annual Research Report

生体内で単一シナプス活動を可視化する技術の開発と最適化

Publicly Offered Research

Project AreaMutli-dimensional fluorescence live imaging of cellular function and molecular activity
Project/Area Number 25113705
Research InstitutionUniversity of Yamanashi

Principal Investigator

喜多村 和郎  山梨大学, 総合研究部, 教授 (60423159)

Project Period (FY) 2013-06-28 – 2015-03-31
Keywords脳神経科学 / 2光子顕微鏡 / 生体イメージング / 機能プローブ
Outline of Annual Research Achievements

動物個体脳内において、単一ニューロンにおける感覚シナプス入力の大規模解析を可能にすることを目的として、単一シナプス活動を観察するための3次元高速2光子顕微鏡を開発する。前年度までに開発した顕微鏡システムを用いて、128×128ピクセルのXY解像度で、深さ方向に10平面を4Hzで操作し、ニューロンの活動を捉えることに成功した。高速走査することにより、シグナル強度の低下が予想されたが、高感度検出器を用いれば十分な信号ー雑音比で観察することが狩野であることを確認した。目標とする300×300×50の解像度で観察できるように、顕微鏡のさらなる改良および最適化を進めているところである。また、得られた画像から単一スパインの活動を抽出するための画像解析プログラムを開発した。スパインの活動に応じた蛍光変化を捉え、半自動的に反応するピクセルを抽出する。未だ目視による確認と手動の修正が必要ではあるが、今後、更にアルゴリズムを改良することで、スパイン抽出の全自動化を目指す。スパインを観察するためには高倍率での観察が必要であるが、高倍率では拍動や動物の動きによる揺れが大きな問題となるため、画像の揺れ補正を含め検討することで、より効率の高いスパイン活動抽出プログラムを完成させる。開発した顕微鏡および解析プログラムを用いて、マウス体性感覚野において感覚シナプス入力の時空間パターンを解析した。感覚刺激により樹状突起上で近傍に位置するスパインが同期した入力を受け取ること、すなわち、樹状突起局所に機能的なクラスターが形成されていることが明らかとなった。さらに、感覚遮断によってこの機能的なクラスターが変化したことから、この機能的結合様式が感覚マップの形成に重要であることが示唆された。

Research Progress Status

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

26年度が最終年度であるため、記入しない。

  • Research Products

    (6 results)

All 2015 2014

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 3 results,  Acknowledgement Compliant: 3 results) Presentation (3 results)

  • [Journal Article] Structure-function relationships between aldolase C/zebrin II expression and complex spike synchrony in the cerebellum.2015

    • Author(s)
      Tsutsumi, S., Yamazaki, M., Miyazaki, T., Watanabe, M., Sakimura, K., Kano, M. & Kitamura, K.
    • Journal Title

      Journal of Neuroscience

      Volume: 35 Pages: 843-852

    • DOI

      10.1523/JNEUROSCI.2170-14.2015

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Rational design of a high-affinity, fast, red calcium indicator R-CaMP2.2015

    • Author(s)
      Inoue, M., Takeuchi, A., Horigane, S.I., Ohkura, M., Gengyo-Ando, K., Fujii, H., Kamijo, S., Takemoto-Kimura, S., Kano, M., Nakai, J., Kitamura, K. & Bito, H.
    • Journal Title

      Nature Methods

      Volume: 12 Pages: 64-70

    • DOI

      10.1038/nmeth.3185

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Two distinct layer-specific dynamics of cortical ensembles during learning of a motor task.2014

    • Author(s)
      Masamizu, Y., Tanaka, Y.R., Tanaka, Y.H., Hira, R., Ohkubo, F., Kitamura, K., Isomura, Y., Okada, T. & Matsuzaki, M.
    • Journal Title

      Nature Neuroscience

      Volume: 17 Pages: 987-994

    • DOI

      10.1038/nn.3739

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Presentation] Experience-Dependent Clustering of Sensory Synaptic Inputs in the somatosensory cortex2015

    • Author(s)
      Kazuo Kitamura, Masanobu Kano
    • Organizer
      第92回日本生理学会
    • Place of Presentation
      兵庫県神戸市神戸国際会議場
    • Year and Date
      2015-03-23
  • [Presentation] Two-photon imaging of neural activity at single neurons and single synapses: Optical physiology in vivo2014

    • Author(s)
      Kazuo Kitamura
    • Organizer
      第37回日本神経科学学会
    • Place of Presentation
      神奈川県横浜市パシフィコ横浜
    • Year and Date
      2014-09-12
  • [Presentation] Highly sensitive calcium imaging of neural activity in vitro and in vivo with a new fluorescent calcium indicator, Cal-5202014

    • Author(s)
      Atsuya Takeuchi, Mayumi Tada, Miki Hashizume, Kazuo Kitamura, Masanobu Kano
    • Organizer
      第37回日本神経科学学会
    • Place of Presentation
      神奈川県横浜市パシフィコ横浜
    • Year and Date
      2014-09-11

URL: 

Published: 2016-06-01  

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