海馬回路機能の出入力相関とシナプス可塑性の大規模イメージング

• 研究課題/領域番号: 18021008
• 研究種目: 特定領域研究
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 生物系
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 池谷 裕二 東京大学, 大学院・薬学系研究科, 准教授 (10302613)
• 研究期間 (年度): 2006 – 2007
• 研究課題ステータス: 完了 (2007年度)
• 配分額: 7,200千円 (直接経費: 7,200千円); 2007年度: 3,700千円 (直接経費: 3,700千円); 2006年度: 3,500千円 (直接経費: 3,500千円)
• キーワード: イメージング / カルシウム / 神経回路 / 海馬 / カルシウム画像化 / シナプス可塑性

研究概要

脳は個性ある神経細胞たちの集合体であり、それらの相互作用によって統合的な機能を発揮している。本研究では多ニューロンCa2+画像法(fMCI)を用い、単一細胞レベルの解像度を保持したまま数百個のニューロン活動を同時記録し、その時空パターンを解析を試みた。ニポウ板の回転数を高めることで世界最高の超高速fMCIに成功した。現在の最高到達点は2000Hzであるが、しかし、実用的には500Hzで撮影するのが無難であるように思われる。スパイク高速自動検出方法を確立した。これによってスパイク抽出過程における人為的なミスを大幅に減らすことができた。現在、学術論文としてまとめている。マウス急性スライス標本でカルシウム色素の負荷率の部位差を詳細に検討し、こちらも現在、学術論文としてまとめている。
以上で達成した超高速イメージングを用いて、海馬CA3野の自発活動の内部構造の解析を行った。安定した画像取得を得るため毎秒500フレームの画像取得に留めた。すなわち2msの時間分解能で活動を捉えた。自発活動に潜む同期活動に着目し、同期ペア数を数えた。この数値を慎重に設定した2種のSurrogateデータと比較することで、同期活動は10ms以下の高い時間精度をもっていることが明らかになった。ダイナミッククランプを用いることで、この時間精度は、ベキ分布的に同期した入力によって発現されていることを突き止めた。こちらも現在、学術論文としてもとめている。

研究成果

• [雑誌論文] Regional difference in stainability with calcium-sensitive acetoxymethyl-ester probes in mouse brain slices (2008)
  • 著者名/発表者名: Namiki, S., Sasaki, T., Matsuki, N. and Ikegaya, Y.
  • 雑誌名: Int. J. Neurosci (In press)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Long-range axonal calcium sweep induces axon retraction (2008)
  • 著者名/発表者名: Yamada, R.X., Sasaki, T., Ichikawa, J., Koyama, R., Matsuki, N. and Ikegaya, Y.
  • 雑誌名: J. Neurosci (In press)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Oseltamivir enhances hippocampal network synchronization (2008)
  • 著者名/発表者名: Usami, A., Sasaki, T., Satoh, N., Akiba, T., Yokoshima, S., Fukuyama, T., Yamatsugu, K., Kanai, M., Shibasaki, M., Matsuki, N., and Ikegaya, Y.
  • 雑誌名: J. Pharmacol. Sci. (In press)
  • NAID: 10024320224
  • 査読あり
• [雑誌論文] Active hippocampal networks undergo spontaneous synaptic modification (2007)
  • 著者名/発表者名: Tsukamoto-Yasui, M., Sasaki, T., Matsumoto, W., Hasegawa, A., Toyoda, T., Usami, A., Kubota, Y., Ochiai, T., Hori T., Matsuki, N. and Ikegaya, Y.
  • 雑誌名: PLoS One 2 ページ: 1250-1250
  • 査読あり
• [雑誌論文] Metastability of active CA3 networks (2007)
  • 著者名/発表者名: Sasaki, T., Matsuki, N., Ikegaya, Y.
  • 雑誌名: J. Neurosci 27 ページ: 517-528
• [雑誌論文] Soluble guanylyl cyclase inhibitor prevents Sema3F-induced collapse of axonal and dendritic growth cones of dentate granule cells (2007)
  • 著者名/発表者名: Yamada, R.X., Matsuki, N., Ikegaya, Y.
  • 雑誌名: Biol. Pharm. Bull 29 ページ: 796-798
  • NAID: 110005602188
• [雑誌論文] Integrative spike dynamics of rat CAI neurons : a multineuronal imaging study (2006)
  • 著者名/発表者名: Sasaki, T., Kimura, R., Tsukamoto, M., Matsuki, N., Ikegaya, Y.
  • 雑誌名: J. Physiol. 574 ページ: 283-290
• [雑誌論文] Nitric oxide/cyclic guanosine monophosphate-mediated growth cone collapse of dentate granule cells. (2006)
  • 著者名/発表者名: Yamada, R.X., Matsuki, N., Ikegaya, Y.
  • 雑誌名: Neuroreport 17 ページ: 661-665
• [雑誌論文] Multineuronal calcium imaging (MCI) - 多ニューロン活動を可視化して脳ネットワーク機能を解明する (2006)
  • 著者名/発表者名: 佐々木拓哉, 高橋直矢, 宇佐美篤, 池谷裕二
  • 雑誌名: Pharma VISION NEWS 8 ページ: 20-23
• [雑誌論文] 苔状線維発芽は側頭葉てんかんの治療ターゲットとなるか (2006)
  • 著者名/発表者名: 池谷裕二
  • 雑誌名: 日本薬理学雑誌ファーマコロジカ 127 ページ: 355-361
• [学会発表] Multineuronal computation by hippocampal polysynaptic networks (2007)
  • 著者名/発表者名: Kimura, R., Matsuki, N., and Ikegaya, Y.
  • 学会等名: 第37回北米神経科学会年会
  • 発表場所: サンディエゴ
  • 年月日: 2007-11-04
• [学会発表] Complex topology underlies pairwise spike synchronization (2007)
  • 著者名/発表者名: Takahashi N., Sasaki. T., Matsuki, N., and Ikegaya, Y.
  • 学会等名: 第37回北米神経科学会年会
  • 発表場所: サンディエゴ
  • 年月日: 2007-11-04
• [備考]
  • URL: http://gaya.jp/publication/