自動追跡ロボット技術と超高速三次元イメージング技術の統合による脳動作原理の解明
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22KK0100
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| Research Category |
Fund for the Promotion of Joint International Research (Fostering Joint International Research (B))
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Medium-sized Section 44:Biology at cellular to organismal levels, and related fields
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| Research Institution | Nagoya City University |
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Principal Investigator |
木村 幸太郎 名古屋市立大学, 大学院理学研究科, 教授 (20370116)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
武石 明佳 国立研究開発法人理化学研究所, 脳神経科学研究センター, 理研白眉研究チームリーダー (30862007)
大友 康平 順天堂大学, 大学院医学研究科, 准教授 (40547204)
堤 元佐 大学共同利用機関法人自然科学研究機構(新分野創成センター、アストロバイオロジーセンター、生命創成探究, 生命創成探究センター, 特任助教 (60782422)
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| Project Period (FY) |
2022-10-07 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥20,020,000 (Direct Cost: ¥15,400,000、Indirect Cost: ¥4,620,000)
Fiscal Year 2024: ¥4,940,000 (Direct Cost: ¥3,800,000、Indirect Cost: ¥1,140,000)
Fiscal Year 2023: ¥10,660,000 (Direct Cost: ¥8,200,000、Indirect Cost: ¥2,460,000)
Fiscal Year 2022: ¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000)
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| Keywords | イメージング / カルシウムイメージング / 高速三次元イメージング / 自動追跡 / 線虫C. エレガンス |
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| Outline of Research at the Start |
脳研究は現代生命科学における一大重要分野であるが、脳の動作原理の詳細は不明な点が多い。本研究では、米国コロンビア大学・Hillmanらが開発した超高速三次元イメージングシステムSCAPEと、研究代表者・木村の自動追跡型ロボット顕微鏡OSBを統合し、線虫C. エレガンスの脳全体の神経細胞活動と行動を網羅的かつ自動的に計測する世界で唯一の自動追跡型超高速三次元イメージングロボット顕微鏡を開発する。これにより、線虫の刺激応答行動やその学習に関わる重要な神経細胞活動の伝達経路を解明し、脳の基本的動作原理の理解につなげる。また本研究成果を新たな生体深部高速イメージング技術の開発に発展させる。
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| Outline of Annual Research Achievements |
脳研究は現代生命科学における一大重要分野であるが、脳の動作原理の詳細は不明な点が多い。本研究では、米国コロンビア大学・Hillman教授らが開発した超高速三次元イメージング顕微鏡（SCAPEシステム）と、研究代表者・木村の自動追跡型ロボット顕微鏡を統合し、脳全体の神経細胞活動と行動を網羅的かつ自動的に計測する自動追跡型超高速三次元イメージングロボット顕微鏡を開発する。これにより、脳機能に重要な活動の伝達（活動カスケード）の全体像を解明することが可能になる。本研究で確立した手法をさらに発展させることで、カルシウムイメージング・高密度神経プローブ・機能的MRIなどによって高等動物やヒトの脳から得られた大規模神経活動データから重要な神経活動伝達経路を正確に推定する技術の開発にも貢献できる。
当該年度は以下を行った。R4年3月に米国コロンビア大学Hillman研を訪問し、複数のSCAPE実機の見学を行った。また、未発表のSCAPEの詳細なパーツリストと組み立てプロトコルを入手した。また、SCAPE以外の先端的光学システムによる生体深部高速イメージング技術の検討も進めた。さらに、統合システムから得られるデータ処理の準備として、既に公開されているまたは我々自身が得た全脳神経活動データから重要な活動を抽出し、神経回路構造と対応させる解析手法の検討を進めた。具体的には、古典的な主成分分析や相関に基づいた階層的クラスタリングに加えて、先端的なニューラルネットワークによる解析も開始した。
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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
基本的に計画通りに進行しているため。
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| Strategy for Future Research Activity |
1. SCAPEシステムと自動追跡顕微鏡ステージとの統合：8月に再びHillman研を代表者・木村と分担者・大友が訪問し、本研究に最適な多色蛍光バージョンのSCAPEシステム導入に対する詳細を打ち合わせる。
2. 感覚刺激に対する全脳神経活動と行動を結ぶ活動カスケードおよびその学習による変化の解明：R4年度に行った研究をより発展させる。
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Report
(1 results)
Research Products
(6 results)
