コネクトーム計画X : X線顕微鏡による神経回路配線図の解読

• 研究課題/領域番号: 20200001
• 研究種目: 新学術領域研究(研究課題提案型)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 神経解剖学・神経病理学; 生体生命情報学
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 水谷 治央 東京大学, 総括プロジェクト機構, 特任 (40444103)
• 研究分担者: 牧野 貴樹 東京大学, 総括プロジェクト機構, 特任助教 (20418651)
• 研究期間 (年度): 2008 – 2010
• 研究課題ステータス: 完了 (2010年度)
• 配分額: 36,140千円 (直接経費: 27,800千円、間接経費: 8,340千円); 2010年度: 12,220千円 (直接経費: 9,400千円、間接経費: 2,820千円); 2009年度: 11,050千円 (直接経費: 8,500千円、間接経費: 2,550千円); 2008年度: 12,870千円 (直接経費: 9,900千円、間接経費: 2,970千円)
• キーワード: 神経回路網 / ニューロインフォマティクス / コネクトーム / X線顕微鏡 / シナプス分解能 / 神経ネットワーク / シナプス

研究概要

レーザー光や放射光を光源とした高分解能X線顕微鏡を用いて、脳内の神経回路地図を作成することを目的とする。結像型軟X線顕微鏡を使用することで、マウス大脳皮質に含まれるシナプスを25nmの空間分解能で画像化することが可能であった。また、結像型硬X線位相CT法により、60nmの分解能で大脳皮質の3次元再構築に成功した。今後、ナノ分解能に達するX線顕微法を応用することで、脳神経回路配線図の解読が促進され、全脳の神経結合様式を明らかにする「コネクトーム計画」に技術的に貢献することが期待される。

研究成果

• [雑誌論文] Nano-resolution X-ray tomography for deciphering wiring diagram of mammalian brain (2011)
  • 著者名/発表者名: Haruo Mizutani, Hiroshi Sagara, Akihisa Takeuchi, Takuji Ohigashi, Wataru Yashiro, Kentaro Uesugi, Yoshio Suzuki, Atsushi Momose and Toshihisa Takagi
  • 雑誌名: AIP Conference Proceedings 巻: 1365 ページ: 399-402
  • 査読あり
• [雑誌論文] X-ray phase imaging and tomography using a fresnel zone plate and a transmission grating (2011)
  • 著者名/発表者名: Wataru Yashiro, Sebastien Harasse, Hiroaki Kuwabara, Haruo Mizutani, Akihisa Takeuchi, Yoshio Suzuki and Atsushi Momose
  • 雑誌名: AIP conference Proceedings 巻: 1365 ページ: 317-320
  • 査読あり
• [雑誌論文] Development of computer tomography system for the soft X-ray microscope at Ritsumeikan University (2011)
  • 著者名/発表者名: Takuji Ohigashi, Hiroki Fujii, Kishin Usui, Hidetoshi Namba, Haruo Mizutani, Kuniko Takemoto and Hiroshi Kihara
  • 雑誌名: IP conference Proceedings 巻: 1365 ページ: 124-127
  • 査読あり
• [雑誌論文] Hard-X-ray Phase-Difference Microscopy with a Low-Brilliance Laboratory X-ray Source (2011)
  • 著者名/発表者名: Hiroaki Kuwabara, Wataru Yashiro, Sebastien Harasse, Haruo Mizutani and Atsushi Momose
  • 雑誌名: Appl. Phys. Express 巻: 4 ページ: 62502-62502
  • NAID: 10029000181
  • 査読あり
• [雑誌論文] X-ray phase imaging and tomography using a fresnel zone plate and a transmission grating (2011)
  • 著者名/発表者名: Yashiro W, Harasse S, Kuwabara H, Mizutani H, Takeuchi A, Suzuki Y, Momose A
  • 雑誌名: AIP Conference Proceedings 巻: 1366 ページ: 317-320
  • 査読あり
• [雑誌論文] Development of computer tomography system for the soft X-ray microscope at Ritsumeikan University (2011)
  • 著者名/発表者名: Ohigashi T, Fujii H, Usui K, Namba H, Mizutani H, Takemoto K, Kihara H
  • 雑誌名: AIP Conference Proceedings 巻: 1365 ページ: 124-127
  • 査読あり
• [雑誌論文] バイオイメージングにおけるX線ナノビームの活用 (2010)
  • 著者名/発表者名: 水谷治央
  • 雑誌名: 日本放射光学会誌 巻: 23 ページ: 195-201
  • NAID: 10026450581
  • 査読あり
• [雑誌論文] High throughput and wide field of view EUV microscope for blur-free one-shot imaging of living organisms (2010)
  • 著者名/発表者名: Takeo Ejima, Fumihiko Ishida, Hiromichi Murata, Mitsunori Toyoda, Tetsuo Harada, Toshihide Tsuru, Tadashi Hatano, Mihiro Yanagihara, Masaki Yamamoto and Haruo Mizutani
  • 雑誌名: Optics Express 巻: 18 ページ: 7203-7209
  • 査読あり
• [雑誌論文] バイオイメージングにおけるX線ナノビームの活用 (2010)
  • 著者名/発表者名: 水谷治央
  • 雑誌名: 放射光学会誌 巻: 23 ページ: 198-201
  • NAID: 10026450581
  • 査読あり
• [雑誌論文] High throughput and wide field of view EUV microscope for blur-free one-shot imaging of living organisms (2010)
  • 著者名/発表者名: Ejima T., Ishida F., Murata H., Toyoda M., Harada T., Tsuru T., Hatano T., Yanagihara M., Yamamoto M., Mizutani H.
  • 雑誌名: Optics Express 18 ページ: 7203-7209
  • 査読あり
• [雑誌論文] X-ray microscopy for neural circuit reconstruction (2009)
  • 著者名/発表者名: Haruo Mizutani, Yoshihiro Takeda, Atsushi Momose, Akihisa Takeuchi and Toshihisa Takagi
  • 雑誌名: Journal of Physics Conf. 巻: Series 186 ページ: 12092-12092
  • 査読あり
• [雑誌論文] X-ray microscopy for neural circuit reconstruction (2009)
  • 著者名/発表者名: Mizutani H., Takeda Y., Momose A., Takeuchi A., Takagi T.
  • 雑誌名: Journal of Physics Conference Series 186 ページ: 12092-12092
  • 査読あり
• [雑誌論文] X-ray microscopy for neural circuit reconstruction (2009)
  • 著者名/発表者名: Mizutani, H., Takeda, Y., Momose, A., Takeuchi, A., Takagi, T.
  • 雑誌名: Journal of Physics : Conference Series ((印刷中)掲載確定)
  • 査読あり
• [学会発表] X線顕微鏡を用いて脳神経回路の配線図を解読する (2011)
  • 著者名/発表者名: 水谷治央
  • 学会等名: 先端計測シンポジウム「軟X線顕微鏡の生体観察への応用と展開」
  • 発表場所: 片平さくらホール(仙台)
  • 年月日: 2011-03-03
• [学会発表] 高分解能X線トモグラフィー法による脳神経ネットワークの再構築を目指して (2011)
  • 著者名/発表者名: 水谷治央
  • 学会等名: 第24回日本放射光学会年会・放射光科学合同シンポジウム「生命現象のイメージング」
  • 発表場所: 国際会議場(つくば)
  • 年月日: 2011-01-11
• [学会発表] X線顕微鏡によるマウス大脳皮質のナノ分解能3次元構造観察 (2011)
  • 著者名/発表者名: 水谷治央
  • 学会等名: 生理研研究会「電子顕微鏡機能イメージングの医学・生物学への応用」
  • 発表場所: 岡崎
• [学会発表] べイズ推定に基づくX線CT再構成でのビームハードニング低減 (2011)
  • 著者名/発表者名: 牧野貴樹、水谷治央、小塚淳、佐藤一誠
  • 学会等名: 情報論的学習理論 (IBIS2011)
  • 発表場所: 奈良
• [学会発表] X線ナノトモグラフィーによるマウス脳組織の3次元再構築 (2011)
  • 著者名/発表者名: 水谷治央、相良洋、竹内晃久、大東琢治、高木利久
  • 学会等名: 第88回日本生理学会大会
  • 発表場所: 横浜
• [学会発表] X線顕微鏡を用いて脳神経回路の配線図を解読する (2011)
  • 著者名/発表者名: 水谷治央
  • 学会等名: 先端計測シンポジウム「軟X線顕微鏡の生体観察への応用と展開」
  • 発表場所: 仙台
• [学会発表] 高分解能X線トモグラフィー法による脳神経ネットワークの再構築を目指して (2011)
  • 著者名/発表者名: 水谷治央
  • 学会等名: 第24回日本放射光学会年会・放射光科学合同シンポジウム「生命現象のイメージング」
  • 発表場所: つくば
• [学会発表] X線ナノトモグラフィーによるマウス脳組織の3次元再構築 (2011)
  • 著者名/発表者名: 水谷治央、相良洋、竹内晃久、大東琢治、高木利久
  • 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)
• [学会発表] X線顕微鏡によるマウス大脳皮質のナノ分解能3次元構造観察 (2011)
  • 著者名/発表者名: 水谷治央
  • 学会等名: 生理研研究会「電子顕微鏡機能イメージングの医学・生物学への応用」
  • 発表場所: 統合バイオサイエンスセンター(岡崎)
• [学会発表] 大脳皮質シナプスの3次元観察に最適な軟X線光学系と試料サイズの検討 (2010)
  • 著者名/発表者名: 水谷治央、大東琢治、難波秀利、竹本邦子、木原裕、高木利久
  • 学会等名: ナノテクノロジー放射光利用研究の最前線
  • 発表場所: 立命館大学(草津)
  • 年月日: 2010-05-07
• [学会発表] X-ray nanoscope with synapse resolution for neuronal circuit reconstruction (2010)
  • 著者名/発表者名: Haruo Mizutani, Hirashi Sagara, Takuji Ohigashi and Toshihisa Takagi
  • 学会等名: 40th Annual Meeting of the Society for Neuroscience (Neuroscience 2010)
  • 発表場所: San Diego, USA
• [学会発表] ナノ分解能X線トモグラフィーによるマウス大脳皮質の神経回路配線図解読 (2010)
  • 著者名/発表者名: 水谷治央、相良洋、竹内晃久、大東琢治、矢代航、上杉健太朗、鈴木芳生、百生敦、高木利久
  • 学会等名: 第33回日本神経科学大会
  • 発表場所: 神戸
• [学会発表] Nano-resolution X-ray tomography for deciphering wiring diagram of mammalian brain (2010)
  • 著者名/発表者名: Haruo Mizutani, Hiroshi Sagara, Akihisa Takeuchi, Takuji Ohigashi, Wataru Yashiro, Kentaro Uesugi, Yoshio Suzuki, Atsushi Momose and Toshihisa Takagi
  • 学会等名: 10th International Conference on X-Ray Microscopy
  • 発表場所: Chicago, USA
• [学会発表] Development of wide field of view EUV microscope using normal-incident multilayer optics with LPP light source (2010)
  • 著者名/発表者名: Fumihiko Ishida, Takeo Ejima, Mitsunori Toyoda, Toshihide Tsuru, Tadashi Hatano, Mihiro Yanagihara and Haruo Mizutani
  • 学会等名: 10th International Conference on X-Ray Microscopy
  • 発表場所: Chicago, USA
• [学会発表] 大脳皮質シナプスの3次元観察に最適な軟X線光学系と試料サイズの検討 (2010)
  • 著者名/発表者名: 水谷治央、大東琢治、難波秀利、竹本邦子、木原裕、高木利久
  • 学会等名: ナノテクノロジー放射光利用研究の最前線2009
  • 発表場所: 滋賀県草津
• [学会発表] 透過型軟X線反射多層膜顕微鏡を用いた生体試料の観察 (2010)
  • 著者名/発表者名: 石田史彦、江島丈雄、柳原美廣、水谷治央
  • 学会等名: 第57回日本応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 平塚
• [学会発表] 形態多様性理解のための脊椎動物およびその近縁種の3次元再構築 (2010)
  • 著者名/発表者名: 水谷治央、上杉健太朗、窪川かおる、星野真人、高木利久
  • 学会等名: 平成20年度・21年度Spring-8重点メディカルバイオ領域課題成果報告会
  • 発表場所: 神戸
• [学会発表] Nano-resolution X-ray tomography for deciphering wiring diagram of mammalian brain (2010)
  • 著者名/発表者名: Mizutani H, Sagara H, Takeuchi A, Ohigashi T, Yashiro W, Uesugi K, Suzuki Y, Momose A, Takagi T
  • 学会等名: 10th International Conference on X-Ray Microscopy
  • 発表場所: Chicago、USA
• [学会発表] X-ray phase imaging using a Fresnel zone plate and a phase grating (2010)
  • 著者名/発表者名: Yashiro W, Kuwabara H, Mizutani H, Takeuchi A, Suzuki Y, Momose A
  • 学会等名: 10th International Conference on X-Ray Microscopy
  • 発表場所: Chicago、USA
• [学会発表] Development of a computer tomography system for the soft X-ray microscopy at Ritsumeikan University (2010)
  • 著者名/発表者名: Ohigashi T, Fujii H, Usui K, Namba H, Mizutani H, Takemoto K, Kihara H
  • 学会等名: 10th International Conference on X-Ray Microscopy
  • 発表場所: Chicago、USA
• [学会発表] Development of wide field of view EUV microscope using normal-incident multilayer optics with LPP light source (2010)
  • 著者名/発表者名: Ishida F, Ejima T, Toyoda M, Tsuru T, Hatano T, Yanagihara M, Mizutani H
  • 学会等名: 10th International Conference on X-Ray Microscopy
  • 発表場所: Chicago、USA
• [学会発表] X-ray nanoscope with synapse resolution for neuronal circuit reconstruction (2010)
  • 著者名/発表者名: Mlzutani H, Sagara H, Ohigashi T, Takagi T
  • 学会等名: 40th Annual Meeting of the Society for Neuroscience
  • 発表場所: San Diego、USA
• [学会発表] ナノ分解能X線トモグラフィーによるマウス大脳皮質の神経回路配線図解読 (2010)
  • 著者名/発表者名: 水谷治央、相良洋、竹内晃久、大東琢治、矢代航、上杉健太朗、鈴木芳生、百生敦、高木利久
  • 学会等名: 第33回日本神経科学大会
  • 発表場所: コンベンションセンター(神戸)
• [学会発表] 軟X線結像型顕微鏡を用いたマウス大脳皮質の高分解能観察 (2009)
  • 著者名/発表者名: 水谷治央、大東琢治、藤井宏樹、難波秀利、竹本邦子、木原裕、高木利久
  • 学会等名: ナノテクノロジー放射光利用研究の最前線2008
  • 発表場所: つくば
  • 年月日: 2009-05-08
• [学会発表] バイオイメージングにおけるX線ナノビームの活用 (2009)
  • 著者名/発表者名: 水谷治央
  • 学会等名: X線ナノ集光技術研究会
  • 発表場所: 吹田
• [学会発表] X-ray nano-tomography for neural circuit reconstruction (2009)
  • 著者名/発表者名: Haruo Mizutani, Yoshihiro Takeda, Atsushi Momose, Akihisa Takeuchi and Toshihisa Takagi
  • 学会等名: 36th International Congress of Physiological Sciences (IUPS 2009)
  • 発表場所: Kyoto, Japan
• [学会発表] X線ナノトモグラフィーを用いた大規模神経ネットワークの解読 (2009)
  • 著者名/発表者名: 水谷治央、高木利久
  • 学会等名: 脳と心のメカニズム第9回冬のワークショップ
  • 発表場所: 留寿都
• [学会発表] X線ナノトモグラフィーによる大規模神経回路網の再構築 (2009)
  • 著者名/発表者名: 谷治央、高木利久
  • 学会等名: 定量生物の会第1回年会
  • 発表場所: 東京
• [学会発表] レーザープラズマ軟X線顕微鏡による生細胞の観察 (2009)
  • 著者名/発表者名: 加道雅孝、石野雅彦、錦野將元、長谷川登、大場俊幸、森道昭、西内満美子、篠原邦夫、水谷治央、山本容正、平井到、保智己、安田恵子、金城康人
  • 学会等名: 電気学会光・量子デバイス研究会
  • 発表場所: 神戸
• [学会発表] X-ray nano-tomography for neural circuit reconstruction (2009)
  • 著者名/発表者名: Haruo Mizutani, Yoshihiro Takeda, Atsushi Momose, Akihisa Takeuchi, Toshihisa Takagi
  • 学会等名: 36th International Congress of Physiological Sciences(IUPS 2009)
  • 発表場所: 京都
• [学会発表] 立命館大学SRセンター軟X線顕微鏡による生物観察の最近の成果 (2009)
  • 著者名/発表者名: 竹本邦子、大東琢治、藤井宏樹、新田目啓敬、水谷治央、一瀬諭、難波秀利、木原裕
  • 学会等名: 第18回日本バイオイメージング学会学術集会
  • 発表場所: 岡山
• [学会発表] X-ray microscopy for neural circuit reconstruction (2008)
  • 著者名/発表者名: Haruo Mizutani, Yoshihiro Takeda, Atsushi Momose, Akihisa Takeuchi and Toshihisa Takagi
  • 学会等名: 9th International Conference on X-Ray Microscopy
  • 発表場所: Zurich、Switzerland
• [学会発表] 神経回路網再構築のための新たなX線イメージング法 (2008)
  • 著者名/発表者名: 水谷治央、武田佳彦、百生敦、竹内晃久、高木利久
  • 学会等名: 第31回日本神経科学学会
  • 発表場所: 東京
• [備考]
  • URL: http://www.connectome.jp/
• [備考]
  • URL: http://www.connectome.jp/
• [産業財産権] 画像再構成装置及びプログラム (2011)
  • 発明者名: 小塚淳、牧野貴樹、水谷治央
  • 権利者名: 東京大学
  • 出願年月日: 2011-06-22
• [産業財産権] 画像再構成装置及びプログラム (2011)
  • 発明者名: 小塚淳、牧野貴樹、水谷治央
  • 権利者名: 東京大学
  • 産業財産権番号: 2011-138833
  • 出願年月日: 2011-06-22