マーモセット前頭皮質におけるモジュール構造の研究

• 研究課題/領域番号: 16K07036
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 神経解剖学・神経病理学
• 研究機関: 国立研究開発法人理化学研究所
• 研究代表者: 渡我部 昭哉 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, 研究員 (40290910)
• 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: 4,940千円 (直接経費: 3,800千円、間接経費: 1,140千円); 2018年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円); 2017年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2016年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
• キーワード: トレーサー / AAV / マーモセット / 大脳皮質 / 神経ネットワーク / コネクトーム / 神経解剖学 / マッピング / 霊長類 / ウイルスベクター / 前頭葉

研究成果の概要

前頭前皮質は、霊長類においてよく発達した脳部位であり、その大幅な拡大と質的変化がヒトに特有の高度な認知機能を可能にした。今回の研究課題では、大脳皮質間のモジュラー結合が鍵だと考え、その実体を明らかにする研究を行った。研究方法としては、霊長類のモデル生物であるマーモセット脳にウイルストレーサーを注入し、連続２光子トモグラフィー法によって全脳イメージングを行い、さらに組織染色と組み合わせて複数部位の結合関係を調べた。その結果、8aD野では、対側からの投射と、同側帯状回からの投射が相補的であること、このようなモジュラー的な結合関係は、背側前頭前皮質の一般的な特徴であることが明らかになってきた。

研究成果の学術的意義や社会的意義

神経科学の一大目標はヒトの脳とその疾患を理解することである。現在、神経科学研究はマウスを使った研究が圧倒的に進んでいるが、そこから得られた知見がどの程度ヒトにあてはまるのかは、実は未知数である。実際、マウスを使った創薬が失敗する例も多い。私の研究は、ある意味でマウスとヒトをつなぐことを目指している。ヒトの脳はもちろんサルとも違うが、マウスよりは明らかに共通性が多い。マウス-サル-ヒトと、進化的な考察を加えることで、共通のルールと種を分けた違いを明らかにすれば、ヒト脳に対する理解はより深まる。

研究成果

• [雑誌論文] PAT?Probabilistic Axon Tracking for Densely Labeled Neurons in Large 3-D Micrographs (2019)
  • 著者名/発表者名: Skibbe Henrik、Reisert Marco、Nakae Ken、Watakabe Akiya、Hata Junichi、Mizukami Hiroaki、Okano Hideyuki、Yamamori Tetsuo、Ishii Shin
  • 雑誌名: IEEE Transactions on Medical Imaging 巻: 38 号: 1 ページ: 69-78
  • DOI: 10.1109/tmi.2018.2855736
  • 査読あり
• [雑誌論文] Two-photon imaging of neuronal activity in motor cortex of marmosets during upper-limb movement tasks (2018)
  • 著者名/発表者名: Ebina T, Masamizu Y, Tanaka YR, Watakabe A, Hirakawa R, Hirayama Y, Hira R, Terada S, Koketsu D, Hikosaka K, Mizukami H, Nambu A, Sasaki E, Yamamori Y, Matsuzaki M
  • 雑誌名: Nat Commun 巻: 9 号: 1 ページ: 1879-1879
  • DOI: 10.1038/s41467-018-04286-6
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Cortical networks of the mouse brain elaborate within the gray matter (2018)
  • 著者名/発表者名: Watakabe Akiya、Hirokawa Junya
  • 雑誌名: Brain Structure and Function 巻: 223 号: 8 ページ: 3633-3652
  • DOI: 10.1007/s00429-018-1710-5
  • 査読あり
• [雑誌論文] Calcium Transient Dynamics of Neural Ensembles in the Primary Motor Cortex of Naturally Behaving Monkeys (2018)
  • 著者名/発表者名: Kondo T, Saito R, Otaka M, Yoshino-Saito K, Yamanaka A, Yamamori T, Watakabe A, Mizukami H, Schnitzer MJ, Tanaka KF, *Ushiba J, *Okano H
  • 雑誌名: Cell Rep 巻: 24(8) 号: 8 ページ: 2191-2195
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2018.07.057
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] The relationship between the claustrum and endopiriform nucleus: A perspective towards consensus on cross-species homology (2018)
  • 著者名/発表者名: Smith Jared B.、Alloway Kevin D.、Hof Patrick R.、Orman Rena、Reser David H.、Watakabe Akiya、Watson Glenn D. R.
  • 雑誌名: Journal of Comparative Neurology 巻: 527 号: 2 ページ: 476-499
  • DOI: 10.1002/cne.24537
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Axonal Projections From the Middle Temporal Area in the Common Marmoset (2018)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Abe, Toshiki Tani, Hiromi Mashiko, Naohito Kitamura, Taku Hayami, Satoshi Watanabe, Kazuhisa Sakai, Wataru Suzuki, Hiroaki Mizukami, Akiya Watakabe, Tetsuo Yamamori and Noritaka Ichinohe
  • 雑誌名: Frontiers in Neuroanatomy 巻: 12 ページ: 89-89
  • DOI: 10.3389/fnana.2018.00089
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Single-cell bioluminescence imaging of deep tissue in freely moving animals. (2018)
  • 著者名/発表者名: Iwano S, Sugiyama M, Hama H, Watakabe A, Hasegawa N, Kuchimaru T, Tanaka KZ, Takahashi M, Ishida Y, Hata J, Shimozono S, Namiki K, Fukano T, Kiyama M, Okano H, Kizaka-Kondoh S, McHugh TJ, Yamamori T, Hioki H, Maki S, Miyawaki A.
  • 雑誌名: Science 巻: 359 号: 6378 ページ: 935-939
  • DOI: 10.1126/science.aaq1067
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] 3D reconstruction of brain section images for creating axonal projection maps in marmosets. (2017)
  • 著者名/発表者名: Abe H, Tani T, Mashiko H, Kitamura N, Miyakawa N, Mimura K, Sakai K, Suzuki W, Kurotani T, Mizukami H, Watakabe A, Yamamori T, Ichinohe N.
  • 雑誌名: J Neurosci Methods 巻: 286 ページ: 102-113
  • DOI: 10.1016/j.jneumeth.2017.04.016
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] In situ hybridization analyses of claustrum-enriched genes in marmosets. (2016)
  • 著者名/発表者名: Watakabe A.
  • 雑誌名: J Comp Neurol 巻: x 号: 6 ページ: 1442-1458
  • DOI: 10.1002/cne.24021
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [学会発表] Mapping prefrontal connectivity of the common marmosets (2019)
  • 著者名/発表者名: Akiya Watakabe, Henrik Skibbe, Ken Nakae, Jian Wang1, Masafumi Takaji, Alexander Woodward, Junichi Hata4, Hideyuki Okano, Yoko Yamaguchi, Shin Ishii, Hiroaki Mizukami, Tetsuo Yamamori
  • 学会等名: 革新脳国際シンポジウムISBM2019
  • 国際学会
• [学会発表] Mapping prefrontal connectivity of the common marmosets (2019)
  • 著者名/発表者名: Akiya Watakabe, Henrik Skibbe, Ken Nakae, Jian Wang1, Masafumi Takaji, Alexander Woodward, Junichi Hata4, Hideyuki Okano, Yoko Yamaguchi, Shin Ishii, Hiroaki Mizukami, Tetsuo Yamamori
  • 学会等名: 第８回マーモセット研究会大会
• [学会発表] Prefrontal projection mapping of the marmoset (2018)
  • 著者名/発表者名: Akiya Watakabe, Jian Wang, Masafumi Takaji, Hiroaki Mizukami, Alexander Woodward, Henrik Skibbe, Ken Nakae, Yoko Yamaguchi, Shin Ishii, Tetsuo Yamamori
  • 学会等名: 第４１回日本神経科学大会
• [学会発表] Prefrontal projection mapping of the marmoset (2018)
  • 著者名/発表者名: Akiya Watakabe, Jian Wang, Masafumi Takaji, Hiroaki Mizukami, Alexander Woodward, Henrik Skibbe, Ken Nakae, Yoko Yamaguchi, Shin Ishii, Tetsuo Yamamori
  • 学会等名: SfN 2018 北米神経科学学会
• [学会発表] Columnar and diffuse connectivity of the marmoset PFC neurons (2017)
  • 著者名/発表者名: Akiya Watakabe, Jian Wang, Masafumi Takaji, Hiroaki Mizukami, Alexander Woodward, Takashi Kawase, Henrik Skibbe, Ken Nakae, Yoko Yamaguchi, Shin Ishii, Tetsuo Yamamori
  • 学会等名: 北米神経学会
  • 国際学会
• [学会発表] Marmoset prefrontal projection mapping by serial two-photon tomography (2016)
  • 著者名/発表者名: Akiya Watakabe, Jian Wang, Masafumi Takaji, Hiroaki Mizukami, Alexander Woodward, Takashi Kawase, Henrik Skibbe, Yoko Yamaguchi, Shin Ishii, Tetsuo Yamamori
  • 学会等名: 日本マーモセット学会
  • 発表場所: 東京大学農学部弥生講堂（東京都文京区）
  • 年月日: 2016-12-12
• [学会発表] Mapping connectivity of marmoset prefrontal cortex by serial two-photon tomography (2016)
  • 著者名/発表者名: Akiya Watakabe, Jian Wang, Masafumi Takaji, Hiroaki Mizukami, Alexander Woodward, Takashi Kawase, Henrik Skibbe, Yoko Yamaguchi, Shin Ishii, Tetsuo Yamamori
  • 学会等名: 北米神経学会
  • 発表場所: San Diego（米国）
  • 年月日: 2016-11-12
  • 国際学会