2013 Fiscal Year Annual Research Report
光遺伝学とマウスfMRIを用いた脳領域間の動的結合特性の解析
Publicly Offered Research
| Project Area | Mesoscopic neurocircuitry: towards understanding of the functional and structural basis of brain information processing |
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| Project/Area Number |
25115726
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
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| Research Institution | Keio University |
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Principal Investigator |
高田 則雄 慶應義塾大学, 医学部, 特任講師 (50415212)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | 光遺伝学 / 海馬 / マウス / fMRI / 機能的MRI / オプトジェネティクス / 神経細胞 |
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| Research Abstract |
本研究では、「脳領域間の動的結合特性」の解明を目的としている。具体的には、脳の状態（脳波）に依存して、海馬活動が伝播する脳領域が異なるかどうか、つまり海馬が脳状態に応じて異なる脳領域間ネットワークを形成しているか明らかにする。従来の研究によって、脳領域間神経活動の相関関係が脳状態ごとに変化することは判明している。例えば海馬と大脳皮質から電気生理計測を行うと、大脳脳波が徐波の時に限って出現する神経発火活動の同期が見られる。しかしそれらの活動に因果関係があるのか不明である。その上、電極刺入箇所以外の脳部位で脳活動がどうなっているのか全く分からない。近年の技術革新によって高S/N型fMRIが誕生し、マウスにfMRIを適用できるようになった。さらに光照射によって海馬CA1神経細胞の活動を恣意的に操作できる遺伝子改変マウス（Tgマウス）が連携研究者によって最近作出された。そこで申請者のin vivo電気生理計測と上記TgマウスおよびfMRI計測とを組み合わせることで、神経活動の起始点が明確（海馬CA1）な状態で、これに応答する脳領域の計測を全脳を対象として高い時間・空間分解能で行えると着想した。つまり、Tgマウスを用いて異なる脳波状態ごとに海馬を活性化し、その神経活動が脳のどの領域へ伝わるのかfMRIによる全脳探査によって応答領域を特定することを本研究課題の第一の目的とする。
初年度である平成25年には、麻酔下マウスを対象として機能的MRI（fMRI）計測を行いながら、海馬神経細胞を光活性化できる系を構築した。小さな脳を持つマウスに対するfMRIは近年まで実行困難であったため、fMRI撮像やfMRIデータ解析のためにヒト用に構築されたパラメータをマウス用に最適化した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
脳波状態依存的に光刺激を行うことを実行できていない。この理由として、マウスfMRI計測を当初麻酔下で行っていたことがある。マウスfMRI計測はまだ成熟していない分野であるため、麻酔技術も確立しているとはいい難い。マウスfMRI計測用の麻酔方法には2010年に発表された論文を参考にしたが、撮像最中にマウスが途中覚醒してしまい計測を中断する必要が度々生じた。
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| Strategy for Future Research Activity |
マウスfMRI計測最中の途中覚醒を回避するため、現在覚醒マウスに対するfMRI計測系を立ち上げている。予備的計測によって、安静時覚醒マウスに対するfMRI計測は十分に行えることを確認した。しかしマウスが動く場合などにfMRI画像が若干ぶれることがあるため、保持器の改良に取り組む。また覚醒マウスに対してfMRI計測と同時に脳波計測を行うための計測系を確立する。
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