大脳メゾ回路におけるシナプス情報統合様式の解析

• 研究領域: メゾスコピック神経回路から探る脳の情報処理基盤
• 研究課題/領域番号: 22115005
• 研究種目: 新学術領域研究(研究領域提案型)
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 生物系
• 研究機関: 基礎生物学研究所
• 研究代表者: 松崎 政紀 基礎生物学研究所, 光脳回路研究部門, 教授 (50353438)
• 研究期間 (年度): 2010-04-01 – 2015-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2014年度)
• 配分額: 46,280千円 (直接経費: 35,600千円、間接経費: 10,680千円); 2014年度: 8,970千円 (直接経費: 6,900千円、間接経費: 2,070千円); 2013年度: 10,400千円 (直接経費: 8,000千円、間接経費: 2,400千円); 2012年度: 10,920千円 (直接経費: 8,400千円、間接経費: 2,520千円); 2011年度: 7,930千円 (直接経費: 6,100千円、間接経費: 1,830千円); 2010年度: 8,060千円 (直接経費: 6,200千円、間接経費: 1,860千円)
• キーワード: 脳・神経 / 高性能レーザー / 大脳皮質 / 神経細胞 / 運動野 / 神経科学

研究成果の概要

頭部固定マウスにおいてレバー引き運動オペラント課題を開発し、これをマウスが遂行中に大脳運動野2/3層の2光子カルシウムイメージングに成功した。次に、この課題の学習中２週間にわたって、運動野の浅層から深層（脳表から約500 μm）に至るまで、延べ八千個の神経細胞の活動を計測することに世界で初めて成功した。その結果、学習期間において動物が運動課題に熟達する中期から後期にかけて、学習した運動の記憶が運動野5a層、特に大脳基底核へ信号を送る細胞の新たな活動パターンとして保持されることがわかった。さらに運動野1層樹状突起やそこに入力する軸索の運動課題実行中における活動を計測可能とした。

研究成果

• [雑誌論文] Reward-timing-dependent bidirectional modulation of cortical microcircuits during optical single-neuron operant conditioning. (2014)
  • 著者名/発表者名: Hira R et al.
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 5 号: 1 ページ: 5551-5551
  • DOI: 10.1038/ncomms6551
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Two distinct layer-specific dynamics of cortical ensembles during learning of a motor task. (2014)
  • 著者名/発表者名: Masamizu Y, Tanaka YR, Tanaka YH, Hira R, Ohkubo F, Kitamura K, Isomura Y, Okada T, Matsuzaki M.
  • 雑誌名: Nat. Neurosci 巻: 17 号: 7 ページ: 987-994
  • DOI: 10.1038/nn.3739
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Next-generation transgenic mice for optogenetic analysis of neural circuits. (2013)
  • 著者名/発表者名: Asrican, B, Augustine, G. J., Berglund, K., Chen, S., Chow, N. Deisseroth, K., Feng, G., Gloss, B. Hira, R., Hoffman, C., Kasai, K., Katarya, M.
  • 雑誌名: Frontier in Neural Circuits 巻: 7 ページ: 1-10
  • DOI: 10.3389/fncir.2013.00160
  • 査読あり
• [雑誌論文] GABA promotes the competitive selection of dendritic spines by controlling local Ca2+ signaling. Nature Neurosci. 16:1409-1416. (2013)
  • 著者名/発表者名: Hayama, T., Noguchi, J., Watanabe, S., Ellis-Davies, G. C. R., Hayashi, A., Takahashi, N., Matsuzaki, M. & Kasai, H.
  • 雑誌名: Nature Neurosci. 巻: 16 号: 10 ページ: 1409-1416
  • DOI: 10.1038/nn.3496
  • 査読あり
• [雑誌論文] In vivo optogenetic tracing of functional corticocorticai connections between motor forelimb areas (2013)
  • 著者名/発表者名: Hira R, Ohkubo F, Tanaka YR, Masamizu Y, Augustine GJ, Kasai H, Matsuzaki M
  • 雑誌名: Frontiers in Neural Circuits 巻: 7 ページ: 55-55
  • DOI: 10.3389/fncir.2013.00055
  • 査読あり
• [雑誌論文] Spatiotemporal dynamics of functional clusters of neurons in the mouse motor cortex during a voluntary movement. (2013)
  • 著者名/発表者名: Riichiro Hira
  • 雑誌名: Journal of Neuroscience 巻: 33 ページ: 1377-1390
  • 査読あり
• [雑誌論文] Reinforcing operandum: rapid andreliable learning of skilled forelimbmovements by head-fixed rodents (2012)
  • 著者名/発表者名: Kimura R, et al. Sakai Y
  • 雑誌名: Journal of Neurophysiology 巻: vol.108 号: 6 ページ: 1781-1792
  • DOI: 10.1152/jn.00356.2012
  • 査読あり
• [雑誌論文] Simultaneous visualization of multiple neuronal properties with single-cell resolution in the living rodent brain. (2011)
  • 著者名/発表者名: Imaging in Neuroscience: A Laboratory Manual (eds.Helmchen and Konnerth). CSHL Press, Cold Spring Harbor, NY,USA.
  • 雑誌名: Mol. Cell. Neurosci. 巻: 48 号: 3 ページ: 246-257
  • DOI: 10.1016/j.mcn.2011.08.005
  • 査読あり
• [雑誌論文] Spatial distributions of GABA receptors and local inhibition of Ca^<2+> transients studied with GABA uncaging in the dendrites of CA1 pyramidal neurons (2011)
  • 著者名/発表者名: Yuya Kanemoto, Masanori Matsuzaki, Susumu Morita, Tatsuya Hayama, Jun Noguchi, Naoko Senda, Atsuya Momotake, Tatsuo Arai, Haruo Kasai
  • 雑誌名: PLoS One 巻: 6 号: 7 ページ: e22652-e22652
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0022652
  • 査読あり
• [雑誌論文] Two-Photon Uncaging Microscopy. (2011)
  • 著者名/発表者名: Matsuzaki, M. & Kasai, H.
  • 雑誌名: Cold Spring Harbor protocols 巻: 2011 号: 5 ページ: 555-561
  • DOI: 10.1101/pdb.prot5620
• [雑誌論文] In vivo two-photon uncaging of glutamate revealing the structure-function relationships of dendritic spines in the neocortex of adult mice (2011)
  • 著者名/発表者名: Noguchi, J., Nagaoka, A., Watanabe, S., Ellis-Davies, G.C.R., Kitamura, K., Kano, M., Matsuzaki, M. & Kasai H.
  • 雑誌名: J.Physiol. 巻: 589 号: 10 ページ: 2447
  • DOI: 10.1113/jphysiol.2011.207100
  • 査読あり
• [雑誌論文] Simultaneous two-photon activation of presynaptic cells and calcium imaging in postsynaptic dendritic spines (2011)
  • 著者名/発表者名: Matsuzaki M, et al
  • 雑誌名: Neural Systems & Circuits 巻: 1 号: 1 ページ: 2-2
  • DOI: 10.1186/2042-1001-1-2
  • 査読あり
• [雑誌論文] Simultaneous two-photon activation of presynaptic cells and calcium imaging in postsynaptic dendritic spines. (2011)
  • 著者名/発表者名: Matsuzaki M., et al.
  • 雑誌名: Neural Systems & Circuits 巻: 1 ページ: 2-2
  • 査読あり
• [雑誌論文] Two-photon uncaging of γ-aminobutyric acid in intact brain tissue. (2010)
  • 著者名/発表者名: Matsuzaki M., et al.
  • 雑誌名: Nature Chemical Biology 巻: 6 ページ: 123-125
  • 査読あり
• [学会発表] Dynamics of cortical ensembles during motor learning and neuronal operant conditioning. (2015)
  • 著者名/発表者名: 松崎 政紀
  • 学会等名: MDFLI 国際シンポジウム
  • 発表場所: 国立京都国際会館（京都府京都市）
  • 年月日: 2015-01-26
  • 招待講演
• [学会発表] Two-photon imaging of dynamics of cortical ensembles during motor learning. (2015)
  • 著者名/発表者名: 松崎 政紀
  • 学会等名: 3rd Bioscience and Biotechnology International Symposium
  • 発表場所: 東京工業大学（神奈川県横浜市）
  • 年月日: 2015-01-14
  • 招待講演
• [学会発表] 運動課題学習中の大脳運動野神経活動のダイナミクス (2014)
  • 著者名/発表者名: 松崎 政紀
  • 学会等名: 第37回日本神経科学大会
  • 発表場所: パシフィコ横浜(神奈川県横浜市）
  • 年月日: 2014-09-12
  • 招待講演
• [学会発表] 2光子イメージングと光操作 (2012)
  • 著者名/発表者名: 松崎政紀
  • 学会等名: 第35回日本分子生物学会年会
  • 発表場所: 福岡国際会議場、福岡県
  • 年月日: 2012-12-13
  • 招待講演
• [学会発表] 随意運動中のマウス運動野2光子イメージング (2012)
  • 著者名/発表者名: 松崎政紀
  • 学会等名: 第50回日本生物物理学会年会
  • 発表場所: 名古屋大学、愛知県
  • 年月日: 2012-09-23
  • 招待講演
• [学会発表] Spatial and temporal structure of cortical microcircuit activity for generating voluntary movement. (2012)
  • 著者名/発表者名: Riichiro Hira
  • 学会等名: The 8th FENS Forum of Neuroscience
  • 発表場所: Barcelona, Spain
  • 年月日: 2012-07-14
• [学会発表] イメージングと光操作による大脳運動野神経活動の研究 (2012)
  • 著者名/発表者名: 松崎政紀
  • 学会等名: 日本薬学会第132年会
  • 発表場所: 北海道大学(北海道)
  • 年月日: 2012-03-30
• [学会発表] Spatial and temporal structure of cortical microcircuit activity for generating voluntary movement (2012)
  • 著者名/発表者名: 松崎政紀
  • 学会等名: 1^<st> International Symposium/59^<th> NIBB Conference
  • 発表場所: OCC(愛知県)
  • 年月日: 2012-03-11
• [学会発表] Imaging and manipulating neuronal activity in cortical circuits (2011)
  • 著者名/発表者名: 松崎政紀
  • 学会等名: 第34回日本分子生物学会
  • 発表場所: パシフィコ横浜(神奈川県)
  • 年月日: 2011-12-13
• [学会発表] Neural functions revealed by two-photon imaging and stimulation methods (2011)
  • 著者名/発表者名: 松崎政紀
  • 学会等名: 12^<th> RIES-Hokudai International Symposium
  • 発表場所: シャトレーゼガトーキングダムサッポロ(北海道)
  • 年月日: 2011-11-22
• [学会発表] Imaging and optical manipulation of neural activity in the brain. (2011)
  • 著者名/発表者名: Matsuzaki M.
  • 学会等名: 第88回日本生理学会大会
  • 発表場所: パシフィコ横浜(神奈川)
  • 年月日: 2011-03-28
• [学会発表] Neural function revealed by new methods of chemical biology and optogenetics. (2011)
  • 著者名/発表者名: Matsuzaki M.
  • 学会等名: 第84回日本薬理学会年会
  • 発表場所: パシフィコ横浜(神奈川)
  • 年月日: 2011-03-23
• [学会発表] Optical methods for revealing the synaptic function and structure in the local circuit. (2010)
  • 著者名/発表者名: Matsuzaki M.
  • 学会等名: 第33回日本神経科学大会
  • 発表場所: 神戸コンベンションセンター(兵庫)
  • 年月日: 2010-09-03
• [学会発表] Optical methods for revealing the synaptic function and structure in the local circuit. (2010)
  • 著者名/発表者名: Matsuzaki M.
  • 学会等名: The Fifth International Neural Microcircuitry Conference
  • 発表場所: 日本科学未来館(東京)
  • 年月日: 2010-06-30
• [学会発表] Optical methods for revealing the synaptic function and structure in the local circuit. (2010)
  • 著者名/発表者名: Matsuzaki M.
  • 学会等名: The Fourth International Neural Microcircuitry Conference
  • 発表場所: カヌチャリゾート(沖縄)
  • 年月日: 2010-06-25
• [学会発表] 随意運動中のマウス大脳運動野での細胞活動の時空間ダイナミクス.
  • 著者名/発表者名: 松崎 政紀
  • 学会等名: 第９１回日本生理学会大会
  • 発表場所: 鹿児島大学（鹿児島）
  • 招待講演
• [学会発表] Spatial and temporal dynamics of function clusters of neurons in the mouse motor cortex during a voluntary movement.
  • 著者名/発表者名: 松崎 政紀
  • 学会等名: Satellite Symposium of Neuroscience2013
  • 発表場所: 稲盛財団記念館（京都）
  • 招待講演
• [学会発表] Optogenetic mapping of synaptic connections and motor cortical areas in vivo.
  • 著者名/発表者名: 松崎 政紀
  • 学会等名: Optogenetics2013
  • 発表場所: 慶應大学（東京）
  • 招待講演
• [備考]
  • URL: http://www.nibb.ac.jp/circuits/pub/index.html
• [備考]
  • URL: http://www.nibb.ac.jp/pressroom/news/2014/11/24.html
• [備考]
  • URL: http://www.nibb.ac.jp/pressroom/news/2014/06/02.html
• [備考] 道具を使った随意運動中の大脳神経細胞の活動パターンが明らかに
  • URL: http://www.nibb.ac.jp/press/2013/01/24.html
• [産業財産権] 生体脳における単一神経細胞での多重遺伝子発現 (2010)
  • 発明者名: 河崎洋志, 他
  • 権利者名: 国立大学法人 東京大学
  • 産業財産権番号: 2010-248940
  • 出願年月日: 2010-11-05