Holographic microscopy sheds light on the mechanism of odor information integration in the olfactory cortex
| Project/Area Number |
22KJ1544
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| Project/Area Number (Other) |
22J01254 (2022)
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| Research Category |
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
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| Allocation Type | Multi-year Fund (2023)
Single-year Grants (2022) |
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| Section | 国内 |
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| Review Section |
Basic Section 46010:Neuroscience-general-related
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
谷隅 勇太 名古屋大学, 医学系研究科, 特別研究員(PD)
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| Project Period (FY) |
2023-03-08 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥5,200,000 (Direct Cost: ¥4,000,000、Indirect Cost: ¥1,200,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
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| Keywords | 2光子顕微鏡 / オプトジェネティクス / ホログラフィック顕微鏡 / 感覚皮質 / 連合学習 / セル・アセンブリ |
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| Outline of Research at the Start |
本研究は，２光子顕微鏡で神経活動を計測しながら，特定の単一細胞および集団活動を操作する「ホログラフィック光照射技術」を使うことで，感覚皮質の刺激－報酬情報の統合機能・機構を解明する．特に，刺激および報酬情報を両方受けとる感覚皮質ニューロン群の活動が，動物の行動や学習率に与える影響力，感覚および報酬情報の統合を実現するシナプス時空間活動パターン則を因果的に調べる．これにより，感覚情報と行動意欲を結びつける回路機構のモデル開発を試み，学習した情報を局所回路に効率的に書き込む方法論を確立する．
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| Outline of Annual Research Achievements |
脳を構成する神経細胞は，然るべき瞬間に秩序立った信号を繰り返し奏でることで，動物の柔軟な知覚学習機能を成立させる．このメカニズム解明は生命現象の理解に必須であるが，ミリ秒レベルでの神経時系列変化と，学習に伴う動物の行動変化との因果関係を調べる実験系は未発達かつ精度が足りない．そこで本研究では，神経計測をしながら，個々の活動をミリ秒スケールで操作可能なホログラフィック顕微鏡技術を用いることで，局所回路の時空間活動パターンと動物の行動との因果関係を解明することを目標にした．本年度は主に以下２項目に取り組んだ．
1) 感覚皮質における感覚刺激－報酬情報の連合機構を調べるための行動タスクシステムの拡充．2光子顕微鏡下において，頭部固定マウスが自由歩行可能な器具を中心に，ヒゲへの感覚刺激・音刺激・視覚刺激・匂い刺激・痛み刺激を特定タイミングでかつ複合的に実施可能なハードウェアおよびソフトウェア開発を行った．これらの系は，感覚野の基本的な連合学習機能を調べることに加え，多感覚統合研究や疾患モデルマウスの行動機能検証等にも応用可能である．
2) マウス感覚野の神経回路活動を計測・解析および操作する基盤の拡充．効率的な神経活動操作を実現するために，様々なウイルス発現方式を検討し，活動操作実験系における現時点で最適な手法を確立した．さらに，高時間分解能イメージングデータ取得や行動・神経解析環境を拡充させた．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
本年度はニューロン活動操作条件の検討に注力していたため，操作結果としてマウスの行動を明確に変えるような具体的な成果を上げることはできなかった．しかし，高時間分解能イメージングデータ取得や行動・神経解析環境を拡充させることはできた．
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| Strategy for Future Research Activity |
今年度は，高時間分解能イメージングデータ取得や行動・神経解析環境を拡充させてきたため，これらを駆使して感覚連合機能の時系列則を調べる行動操作研究について，更なる推進を目指す。
加えて，イメージング視野内の多数の細胞を自動抽出し，個々の細胞特性を網羅的に調べる系の開発も行ったため，感覚皮質の局所回路における集団活動則の解明に繋がる研究に引き続き取り組む．
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Report
(2 results)
Research Products
(3 results)
