| 研究課題/領域番号 |
22K19261
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| 研究種目 |
挑戦的研究(萌芽)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 審査区分 |
中区分43:分子レベルから細胞レベルの生物学およびその関連分野
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| 研究機関 | 北海道大学 |
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研究代表者 |
三上 秀治 北海道大学, 電子科学研究所, 教授 (60754976)
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| 研究期間 (年度) |
2022-06-30 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
6,370千円 (直接経費: 4,900千円、間接経費: 1,470千円)
2023年度: 3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円)
2022年度: 2,730千円 (直接経費: 2,100千円、間接経費: 630千円)
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| キーワード | 光遺伝学 / ホログラフィ / 高速イメージング / 3Dイメージング / 機械学習 / 蛍光顕微鏡 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
線虫やゼブラフィッシュなどの比較的単純な神経ネットワークを持つモデル生物に対して任意のパターンで光操作と神経活動の測定を同時かつ大規模に行い、入力（刺激）と出力（神経活動）の関係を人工知能により解析する、新しい方法論を創出する。これにより、従来の数理モデル等によるボトムアップ型アプローチとは異なるデータ駆動型の研究アプローチを確立し、従来のアプローチでは困難であった神経系の本質的機能の発見を目指す。
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| 研究成果の概要 |
線虫の脳神経系を対象として、任意の光操作パターン刺激および神経活動記録を行うための基盤技術開発を行った。具体的には、独自開発の高速ライトシート顕微鏡右方による線虫頭部ニューロン群の検出、ホログラフィ技術を用いた特定のニューロン群を選択的に光操作するシステムの構築、高速3D撮像結果より各ニューロンの位置および神経活動をリアルタイムに計算するプログラムの開発を行った。これらにより、自由行動中の線虫に対し、1ニューロン単位での光操作および神経活動の記録が実行できる見込みを得た。開発技術により得られるデータを用いることで、従来よりも正確な神経系のモデル構築が可能となる見込みである。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
本研究は、脳神経系のはたらきを理解するという自然科学の一つの究極的な目標に対して、光操作と光観察を組み合わせた新たな方法論の開拓により迫るものであり、高い学術的意義を有する。実際、線虫の比較的単純な脳神経系に対してすら、神経活動の記録および操作技術が未熟であるがゆえに、神経ネットワークの動作原理は不明のままである。本研究において、観察及び操作にかかわる光学技術およびそれらに伴う画像処理などの情報技術を開拓することで、神経系の動作機序解明のための新たなアプローチとなりうることがわかり、神経科学、光学、情報科学の分野をまたいだ学術的価値を創造したといえる。
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