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脳情報フィードバック制御による病態改善手法の開発

研究課題

研究課題/領域番号 23K11838
研究種目

基盤研究(C)

配分区分基金
応募区分一般
審査区分 小区分90110:生体医工学関連
研究機関同志社大学

研究代表者

井出 薫  同志社大学, 研究開発推進機構, 助教 (90806671)

研究分担者 高橋 晋  同志社大学, 脳科学研究科, 教授 (20510960)
研究期間 (年度) 2023-04-01 – 2028-03-31
研究課題ステータス 交付 (2023年度)
配分額 *注記
4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)
2027年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2026年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2025年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2024年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2023年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
キーワードオプトジェネティクス / 脳神経回路 / ドーパミン / 神経細胞活動 / マルチニューロン
研究開始時の研究の概要

脳神経回路網は、外部からの刺激に適応し、恒常性を維持・変容させる能力を備えているが、脳神経細胞に重度の変性や脱落が生じた場合、神経変性疾患を発症すると考えられている。しかし、これまでの脳深部刺激法は、この恒常性の異常を考慮していないため、最適な刺激手順がなされていない。
本研究では、パーキンソン病を対象に、情報工学と最先端の生理学的手法を組み合わせ、脳神経回路のリアルタイム計測と解読を行い、光遺伝学に基づく神経刺激を加え、脳機能ネットワーク活動をフィードバック制御する。また、最適な刺激部位、パターン、タイミング、期間を模索することで、PD症状の改善に向けた革新的な治療法の開発を目指す。

研究実績の概要

脳神経回路網は外部からの様々な刺激に適応し、恒常性を維持・変容させる能力を備え、我々の知的活動を支えている。しかし、脳神経細胞に重度の変性や脱落が生じた場合、その恒常性変容機構に異常をきたし、神経変性疾患を発症すると考えられている。
本研究では、パーキンソン病に着目し、情報工学と生理学的手法を用いて脳神経回路の活動を計測する。また脳機能ネットワークの制御について様々な条件下で光遺伝学(オプトジェネティクス)に基づいた神経刺激を加えて脳神経機構の制御について検討する。
本年は、円形迷路における報酬位置および環境の変化に対して適応するためにドーパミンが脳神経回路の制御に関与しているかを検討した。腹側被蓋野(VTA)において6-OHDAを用いてドーパミン細胞を変性・脱落させたマウスを作製した。トレーニング期間をおいた後、報酬の位置や環境を変化させることができる円形迷路を用いて行動観察を行った。また、ドーパミンのVTA-海馬経路に対するオプトジェネティクスに基づく神経刺激の効果についての行動観察を行った。VTAのドーパミン細胞を変性・脱落させたマウスは正常マウスと比較して、円形迷路での報酬位置の課題における様々な評価指標に対して有意な差が確認された。また、VTAにAAV-Syn-FLEXChrimsonR-tdTomatoを注入したDAT-VTAマウスの腹側海馬CA1へオプトジェネティクスに基づく光刺激を行った結果、報酬位置の課題への効果が確認された。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

VTAのドーパミン細胞を変性・脱落させたマウスは正常マウスと比較して、円形迷路での報酬位置の課題における様々な評価指標に対して有意な差が確認された。ドーパミン受容体を遮断したマウスでは行動異常により課題遂行が困難となり評価ができないことが確認された。VTAにAAV-Syn-FLEXChrimsonR-tdTomatoを注入したDAT-VTAマウスの腹側海馬CA1へオプトジェネティクスに基づく光刺激を行った結果、報酬位置の課題への効果が確認された。また、ファイバフォトメトリーの結果から、オプトジェネティクスによる光刺激は行動指標に効果を示したことが確認された。
よって、おおむね順調に進展していると思われる。

今後の研究の推進方策

本年はVTAにおけるドーパミン細胞が変性・脱落したマウスを用いて検討したが、今後は黒質緻密部に対して処置を行ったマウスを用い同様の実験を実施し検討していく。また、オプトジェネティクスに基づいた神経刺激の条件等も検討していく。

報告書

(1件)
  • 2023 実施状況報告書
  • 研究成果

    (10件)

すべて 2024 2023

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (9件) (うち国際学会 4件)

  • [雑誌論文] Optogenetic activation of the VTA-hippocampal pathway facilitates rapid adaptation to changes in spatial goals2023

    • 著者名/発表者名
      Yuta Tamatsu, Hirotsugu Azechi, Riku Takahashi, Fumiya Sawatani, Kaoru Ide, Fumino Fujiyama, Susumu Takahashi
    • 雑誌名

      iScience

      巻: 26 号: 12 ページ: 108536-108536

    • DOI

      10.1016/j.isci.2023.108536

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Comparative neuroecology of spatial representation in the brain of avian species2024

    • 著者名/発表者名
      Susumu Takahashi
    • 学会等名
      International Symposium on Hierarchical Bio-Navigation
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Neural representation of temporal navigation in thehippocampus2024

    • 著者名/発表者名
      Fumiya Sawatani, Kaoru Ide, Hirotsugu Azechi, Susumu Takahashi
    • 学会等名
      International Symposium on Hierarchical Bio-Navigation 2024
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Multi-Animal Pose Tracking Method for Resolving Occlusionand Crowding Challenges2024

    • 著者名/発表者名
      Hirotsugu Azechi, Susumu Takahashi
    • 学会等名
      International Symposium on Hierarchical Bio-Navigation 2024
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] セロトニンによる自発行動制御2023

    • 著者名/発表者名
      畦地裕統、高橋晋
    • 学会等名
      日本神経化学会大会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] 社会的相互作用中の海馬空間表現2023

    • 著者名/発表者名
      畦地裕統、高橋晋
    • 学会等名
      日本神経科学大会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] マウスのナビゲーション行動時に海馬に投射されるドーパミンの役割2023

    • 著者名/発表者名
      玉津裕太、畦地裕統、井出薫、髙橋晋
    • 学会等名
      日本神経科学大会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] 海馬におけるイベントの認知的境界表現2023

    • 著者名/発表者名
      三重野華菜、井出薫、畦地裕統、髙橋晋
    • 学会等名
      日本神経科学大会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] 正確なタイミング行動におけるラット海馬CA1の役割2023

    • 著者名/発表者名
      澤谷郁哉、井出薫、畦地裕統、髙橋晋
    • 学会等名
      日本神経科学大会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] VTA-hippocampal dopaminergic input plays a crucial role in quickly adapting spatial goals.2023

    • 著者名/発表者名
      Y. TAMATSU, H. AZECHI, K. IDE, S. TAKAHASHI
    • 学会等名
      Society for Neuroscience's 52rd Annual Meeting (Neuroscience 2023) 第52回 北米神経科学会議
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会

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公開日: 2023-04-13   更新日: 2024-12-25  

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