介在神経回路における情報変換原理の解明

• 研究課題/領域番号: 16H02516
• 研究種目: 基盤研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 遺伝・染色体動態
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 森 郁恵 名古屋大学, 理学研究科, 教授 (90219999)
• 研究協力者: 中野 俊詩 ; 塚田 祐基
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2019-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2018年度)
• 配分額: 43,160千円 (直接経費: 33,200千円、間接経費: 9,960千円); 2018年度: 13,260千円 (直接経費: 10,200千円、間接経費: 3,060千円); 2017年度: 13,260千円 (直接経費: 10,200千円、間接経費: 3,060千円); 2016年度: 16,640千円 (直接経費: 12,800千円、間接経費: 3,840千円)
• キーワード: 神経回路 / 意思決定 / 行動選択 / 情報処理 / C.elegans

研究成果の概要

動物が生存のため効果的に行なっている行動モードの切り替えと維持の制御メカニズムに関して、介在神経細胞に注目し、網羅的な解析を行った。行動と神経活動の時系列計測、またそれらに対する数理解析により、これまで分かっていなかった探索や移動行動における行動要素の構成が明らかとなり、それに関わる機能的な神経回路も明らかとなった。また行動モード依存的な神経活動の状態を明らかにし、神経活動への摂動方法を確立することで機能的な神経回路地図を同定し、その解析方法も確立した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

探索行動のような、単一の動作にとどまらず一連の行動系列として機能を持つ行動を実現する神経回路メカニズムの理解は、重要であるにも関わらずあまり理解が進んでいなかった。また介在神経細胞の行動に対する関与も感覚神経細胞や運動神経細胞に比べて不明であった。本研究で介在神経細胞に注目し、機能的な神経回路としてどのように行動モードを制御しているかを明らかにすることで、柔軟な環境への対応を実現する神経回路メカニズムの一端が明らかとなった。

研究成果

• [雑誌論文] KIN-4/MAST kinase promotes PTEN-mediated longevity of Caenorhabditis elegans via binding through a PDZ domain (2019)
  • 著者名/発表者名: An Seon Woo A.、Choi Eun-Seok、Hwang Wooseon、Son Heehwa G.、Yang Jae-Seong、Seo Keunhee、Nam Hyun-Jun、Nguyen Nhung T. H.、Kim Eun Ji E.、Suh Bo Kyoung、Kim Youngran、Nakano Shunji、Ryu Youngjae、Man Ha Chang、Mori Ikue、Park Sang Ki、Yoo Joo-Yeon、Kim Sanguk、Lee Seung-Jae V.
  • 雑誌名: Aging Cell 巻: e12906 号: 3
  • DOI: 10.1111/acel.12906
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] SLO potassium channels antagonize premature decision making in C. elegans (2018)
  • 著者名/発表者名: Aoki I, Tateyama M, Shimomura T, Ihara K, Kubo Y, Nakano S, Mori I.
  • 雑誌名: Commun Biol. 巻: 1 号: 1 ページ: 123-123
  • DOI: 10.1038/s42003-018-0124-5
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Identification of animal behavioral strategies by inverse reinforcement learning. (2018)
  • 著者名/発表者名: Yamaguchi S, Honda N*, Ikeda M, Tsukada Y, Nakano S, Mori I and Ishii S
  • 雑誌名: PLoS Computational Biology 巻: 14(5) 号: 5 ページ: e1006122-e1006122
  • DOI: 10.1371/journal.pcbi.1006122
  • NAID: 120006469168
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] 「細胞運動の定量生物学"定量生物学」 (2018)
  • 著者名/発表者名: 高木 拓明, 塚田 祐基
  • 雑誌名: 化学同人 巻: - ページ: 35-54
• [雑誌論文] 「"個体行動の定量生物学" 定量生物学」 (2018)
  • 著者名/発表者名: 塚田 祐基
  • 雑誌名: 化学同人 巻: - ページ: 146-161
• [雑誌論文] SLO potassium channels antagonize premature decision making in C. elegans (2018)
  • 著者名/発表者名: Aoki M, Tateyama M, Shimomura T, Ihara K, Kubo Y, Nakano S, Mori I.
  • 雑誌名: Cold Spring Harbor Laboratory bioRxiv 巻: -
  • DOI: 10.1101/243220
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] 線虫の温度走性行動における神経活動による温度空間勾配のエンコーディング (2018)
  • 著者名/発表者名: 塚田祐基, 森郁恵
  • 雑誌名: 生物物理 巻: 58 号: 1 ページ: 031-033
  • DOI: 10.2142/biophys.58.031
  • NAID: 130006322050
  • ISSN: 0582-4052, 1347-4219
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Molecular Mechanisms of learning in C. elegans" In: Learning and Memory: A Comprehensive Reference 2nd Edition (Ed：Byrne) (2017)
  • 著者名/発表者名: Aoki, I., Nakano, S., Mori, I.
  • 雑誌名: Elsevier 巻: - ページ: 415-434
• [雑誌論文] Lifespan extension by peroxidase and dual oxidase-mediated ROS signaling through pyrroloquinoline quinone in C. elegans. (2017)
  • 著者名/発表者名: Sasakura H, Moribe H, Nakano M, Ikemoto K, Takeuchi K,
  • 雑誌名: J Cell Sci. 巻: 130 号: 15 ページ: 2631-2643
  • DOI: 10.1242/jcs.202119
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Identification of animal behavioral strategies by inverse reinforcement learning (2017)
  • 著者名/発表者名: Yamaguchi S, Honda N, Ikeda M, Tsukada Y, Nakano S, Mori I and Ishii S
  • 雑誌名: bioRxiv 巻: 129007 ページ: 129007-129007
  • DOI: 10.1101/129007
  • NAID: 120006469168
  • オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Axially-confined in vivo single-cell labeling by primed conversion using blue and red lasers with conventional confocal microscopes (2017)
  • 著者名/発表者名: Taniguchi Atsushi、Kimura Yukiko、Mori Ikue、Nonaka Shigenori、Higashijima Shin-ichi
  • 雑誌名: Development, Growth & Differentiation 巻: 59 号: 9 ページ: 741-748
  • DOI: 10.1111/dgd.12412
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Alteration of Synaptic Valence Controls a C. elegans Navigation Behavior (2019)
  • 著者名/発表者名: Shunji Nakano, Muneki Ikeda, Yuki Tsukada, Xianfeng Fei, Takamasa Suzuki, Rhea Ahluwalia, Ayana Sano, Rumi Kondo, Kunio Ihara, Koichi Hashimoto, Tetsuya Higashiyama, Ikue Mori,
  • 学会等名: UK-Japan Neuroscience Symposium
  • 国際学会
• [学会発表] フェムトセカンドレーザーと光遺伝学を使った単一シナプスレベルの神経回路機能解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 塚田 祐基
  • 学会等名: 定量生物学の会
• [学会発表] Exploitation and exploration modes in a C. elegans navigation behavior (2018)
  • 著者名/発表者名: Mori I
  • 学会等名: 3 Days Exploration of Reinforcement Learning & Biological Intelligence
  • 国際学会
• [学会発表] Regulation of timing for decision making in C. elegans. (2018)
  • 著者名/発表者名: Ichiro Aoki, Ikue Mori
  • 学会等名: 41st Annual Meeting of the Japan Neuroscience Society
  • 国際学会
• [学会発表] Alteration between positive and negative valence of a neuronal connection shapes a C. elegans navigation behavior (2018)
  • 著者名/発表者名: Shunji Nakano, Muneki Ikeda, Yuki Tsukada, Ayana Sano, Rumi Kondo, Takamasa Suzuki, Tetsuya Higashiyama, Ikue Mori,
  • 学会等名: 41st Annual Meeting of the Japan Neuroscience Society
  • 国際学会
• [学会発表] Identification of Animal Behavioral Strategies by Inverse Reinforcement Learning. (2018)
  • 著者名/発表者名: Honda Naoki, Shoichiro Yamaguchi, Muneki Ikeda, Yuki Tsukada, Shunji Nakano, Ikue Mori, Shin Ishii
  • 学会等名: 41st Annual Meeting of the Japan Neuroscience Society of Animal Behavioral Strategies by Inverse Reinforcement Learning.
  • 国際学会
• [学会発表] 線虫の行動と脳神経回路の包括的解析から、記憶、学習、意思決定のメカニズムを探る (2018)
  • 著者名/発表者名: 森 郁恵
  • 学会等名: 日本線虫学会大会公開シンポジウム “「新」線虫研究～加速する多様化と応用への期待～”
• [学会発表] Alteration between positive and negative valence of a neuronal connection shapes a C. elegans navigation behavior. (2018)
  • 著者名/発表者名: Shunji Nakano, Muneki Ikeda, Yuki Tsukada, Ayana Sano, Rumi Kondo, Takamasa Suzuki, Tetsuya Higashiyama, Ikue Mori,
  • 学会等名: 研究会「線虫研究の未来を創る」
• [学会発表] Basic Principles of Information Processing Extracted from Simple Neural Circuits - Towards Application to Complex Brains. (2018)
  • 著者名/発表者名: 中野 俊詩
  • 学会等名: 第41回日本神経科学大会シンポジウム
• [学会発表] 神経系による情報処理を、感覚入力から行動出力まで全て解明する！ (2018)
  • 著者名/発表者名: 青木 一郎
  • 学会等名: 研究会「線虫研究の未来を創る」
• [学会発表] Mathematical and physical ethology in C. elegans (2018)
  • 著者名/発表者名: 松山 裕典
  • 学会等名: 研究会「線虫研究の未来を創る」
• [学会発表] Glial regulation of sensory neurons, circuits and behavior. (2018)
  • 著者名/発表者名: Ichiro Aoki
  • 学会等名: 新学術領域研究グリアアセンブリ第5回班会議
• [学会発表] Learning, memory and decision-making in C. elegans thermotaxis (2018)
  • 著者名/発表者名: Kondo, R., Jurado, P., Aoki, I., Nakano, S., Mori, I.
  • 学会等名: 新学術領域研究「多様性から明らかにする記憶ダイナミズムの共通原理」平成29年度班会議
• [学会発表] BK potassium channels regulate learning speed in C. elegans (2017)
  • 著者名/発表者名: Aoki, I., Tateyama, M., Shimomura, T., Ihara, K., Kubo, Y., Mori, I.
  • 学会等名: 21st International C.elegans Conference
  • 国際学会
• [学会発表] The C. elegans MAST Kinase Acts through Stomatin and Diacylglycerol Kinase to Regulate Thermotaxis Behavior (2017)
  • 著者名/発表者名: Nakano, S., Ikeda, M., Giles, A. C., Suzuki, T., Sano, A., Kondo, R., Higashiyama, T., Mori, I.
  • 学会等名: 21st International C.elegans Conference
  • 国際学会
• [学会発表] Laser axotomy and optogenetics for functional analysis of ipsilateral neuronal connection at synaptic level. (2017)
  • 著者名/発表者名: Tsukada, Y., Mori, I.
  • 学会等名: 21st International C.elegans Conference
  • 国際学会
• [学会発表] Neural mechanisms underlying behavioral switching in thermotaxis of C. elegans. (2017)
  • 著者名/発表者名: Matsuyama, J.H., Tsukada, Y., Mori, I.
  • 学会等名: 21st International C.elegans Conference
  • 国際学会
• [学会発表] A glial K+/Cl- cotransporter ultimately regulates a behavior through modification of stimulus-evoked dynamics in C. elegans sensory neurons (2017)
  • 著者名/発表者名: 森 郁恵
  • 学会等名: 新学術領域研究「グリアアセンブリによる脳機能発現の制御と病態」第4回夏のワークショップ
• [学会発表] Identification and analysis of multifunctional neurons in a C. elegans thermotaxis behavior (2017)
  • 著者名/発表者名: Ikeda, M., Nakano, S., Giles, A. C., Mori, I.
  • 学会等名: 21st International C.elegans Conference
  • 国際学会
• [学会発表] BK potassium channels regulate learning speed in C. elegans (2017)
  • 著者名/発表者名: Aoki, I., Tateyama, M., Shimomura, T., Ihara, K., Kubo, Y., Mori, I.
  • 学会等名: 第40回日本神経科学大会
• [学会発表] Neural mechanisms underlying behavioral switching among exploitation and exploration modes in the nematode C. elegans (2017)
  • 著者名/発表者名: Matsuyama, J.H., Tsukada, Y., Mori, I.
  • 学会等名: 第40回日本神経科学大会
• [学会発表] Functional analysis of ipsilateral neuronal connection at synaptic level (2017)
  • 著者名/発表者名: Tsukada, Y., Mori, I.
  • 学会等名: 第40回日本神経科学大会
• [学会発表] Information Flow through Local Neural Circuits that Integrate Sensory Input and Behavioral Output during a C. elegans Navigation Behavior (2017)
  • 著者名/発表者名: Ikeda, M., Nakano, S., Giles, A. C., Mori, I.
  • 学会等名: 第40回日本神経科学大会
• [学会発表] 線虫C. elegansにおける機能的神経回路の抽出と統合情報量解析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 池田 宗樹
  • 学会等名: 生理研研究会2017 認知神経科学の先端 「意識の脳内メカニズム」
• [学会発表] BK potassium channels regulate learning speed in C. elegans (2017)
  • 著者名/発表者名: Aoki, I., Tateyama, M., Shimomura, T., Ihara, K., Kubo, Y., Mori, I.
  • 学会等名: 内藤記念科学振興財団第44回内藤コンファレンス
• [学会発表] 温度受容神経細胞のシステム同定と温度環境の再構築 (2017)
  • 著者名/発表者名: 塚田祐基, 森郁恵
  • 学会等名: 第60回自動制御連合講演会
• [学会発表] BK potassium channels regulate learning speed in C. elegans (2017)
  • 著者名/発表者名: Aoki, I., Tateyama, M., Shimomura, T., Ihara, K., Kubo, Y., Mori, I.
  • 学会等名: 第48回生理研国際シンポジウム
  • 国際学会
• [学会発表] 線虫を用いた感覚-介在神経細胞間の単一シナプスレベル機能解析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 塚田祐基, 森郁恵
  • 学会等名: 2017年度 生命科学系学会合同年次大会
  • 国際学会
• [学会発表] 光駆動型細胞死誘導タンパク質miniSOGを用いた機能的神経回路の同定 (2017)
  • 著者名/発表者名: Ikeda, M., Nakano, S., Giles, A. C., Mori, I.
  • 学会等名: 第9回光操作研究会
• [学会発表] Neural mechanisms underlying behavioral switching among exploitation and exploration modes in the nematode C.elegans. (2017)
  • 著者名/発表者名: Matsuyama J. H., Tsukada Y., Tsukamoto S., Yamao M., Honda N., Ishii S, Mori I.
  • 学会等名: 定量生物学の会 第8回年会
• [学会発表] 線虫行動と神経回路の包括的解析から記憶、学習、意思決定のメカニズムを探る (2016)
  • 著者名/発表者名: 森郁恵
  • 学会等名: 第34回日本生理心理学大会
  • 招待講演
• [学会発表] Unveiling principle of neural circuits underlying learning, memory, and decision-making. (2016)
  • 著者名/発表者名: Ikue Mori
  • 学会等名: Science Lecture at Department of Life Science, Pekin University
  • 招待講演
• [学会発表] Local Neural Circuits Integrating Sensory Input and Behavioral Output during a C. elegans Navigation Behavior (2016)
  • 著者名/発表者名: Ikeda M., Nakano S., Giles A. C., Mori I.
  • 学会等名: 第39回日本神経科学大会
• [学会発表] Epilepsy -related mutations in SLO-2 BK potassium channel slow down a behavior change in C.elegans (2016)
  • 著者名/発表者名: Aoki I., Ihara K., Mori I.
  • 学会等名: C. elegans Topic Meeting CeNeuro 2016
  • 国際学会
• [学会発表] Toward functional connectomics at synaptic level (2016)
  • 著者名/発表者名: Tsukada Y., Mori I.
  • 学会等名: C. elegans Topic Meeting CeNeuro 2016
  • 国際学会
• [学会発表] Switching among exploitation and exploration behavioral modes in the nematode C. elegans (2016)
  • 著者名/発表者名: Matsuyama J. H., Tsukada Y., Tsukamoto S., Yamao M., Honda N., Ishii S., Mori I.
  • 学会等名: C. elegans Topic Meeting CeNeuro 2016
  • 国際学会
• [学会発表] Integration of thermal and chemical information in C.elegans (2016)
  • 著者名/発表者名: Kano A., Tsukada Y., Mori I.
  • 学会等名: C. elegans Topic Meeting CeNeuro 2016
  • 国際学会
• [学会発表] Identification of RIA interneuron-mediated behavioral components essential for thermotaxis (2016)
  • 著者名/発表者名: Xu L., Tsukada Y., Ikeda M., Nakano S., Mori I.
  • 学会等名: C. elegans Topic Meeting CeNeuro 2016
  • 国際学会
• [学会発表] The C. elegans MAST Kinase Acts through Stomatin to Regulate Thermotaxis Behavior (2016)
  • 著者名/発表者名: Nakano S., Ikeda M., A. C. Giles, Suzuki T., Sano A., Kondo R., Shiota M., Higasihiyama T., Mori I.
  • 学会等名: C. elegans Topic Meeting CeNeuro 2016
  • 国際学会
• [学会発表] Epilepsy -related mutations in SLO-2 K+ channel slow down learning speed in C.elegans (2016)
  • 著者名/発表者名: Aoki I., Tateyama M., Shimomura T., Ihara K., Mori I.
  • 学会等名: 生理学研究所国際研究集会" Towards elucidation of memory engram"
  • 国際学会
• [備考] Group of Molecular Neurobiology,Nagoya University
  • URL: http://elegans.bio.nagoya-u.ac.jp/~lab/index.html
• [備考] Nagoya University Neuroscience Institute
  • URL: https://nsi.bio.nagoya-u.ac.jp/en/