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新規非侵襲脳神経回路イメージング:高速内因性光信号(FIOS)の解析と応用

研究課題

研究課題/領域番号 24K18267
研究種目

若手研究

配分区分基金
審査区分 小区分47020:薬系分析および物理化学関連
研究機関徳島文理大学

研究代表者

冨永 洋子  徳島文理大学, 神経科学研究所, 研究員 (80816538)

研究期間 (年度) 2024-04-01 – 2027-03-31
研究課題ステータス 交付 (2024年度)
配分額 *注記
4,810千円 (直接経費: 3,700千円、間接経費: 1,110千円)
2026年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2025年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
2024年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
キーワードFIOS / 高速内因性シグナル / 神経回路活動可視化 / 非侵襲イメージング / 膜電位応答 / Intrinsic Optical Signal / 高速内因性光信号(FIOS) / 脳神経回路イメージング / 非侵襲光計測 / ノンラベル信号
研究開始時の研究の概要

申請者は、近年、膜電位応答に近い新規の高速内因性シグナル (Fast Intrinsic Optical Signal; FIOS) を脳スライスで計測することに成功し、このシグナル解析を行ってきた。FIOSは化学物質の負荷なく、神経活動を内因性の光シグナルで計測可能な非常に興味深いノンラベル信号である。本研究では、化学物質の負荷のない、真に非侵襲な脳神経活動計測法を確立し、脳神経回路動作をより本質的に理解するとともに、病態についても計測・解析して、治療薬の開発・評価など、さまざまな応用領域で本技術の活用を目指す。

研究実績の概要

脳の高次機能や病態の理解、治療薬の開発には、脳神経回路全体としての動作の理解・解明が必須である。研究代表者は膜電位感受性色素(VSD)を用いた脳スライスの多点同時計測を行い、神経回路活動ダイナミクスの可視化により病態解析や治療薬評価などの研究実績を重ねてきた。一方で、無染色の脳スライスにおいて膜電位応答に近い高速内因性シグナル(Fast Intrinsic Optical Signal; FIOS)の計測に成功し、このシグナル解析を行ってきた。FIOS は化学物質の負荷なく、神経活動を内因性の光シグナルで計測可能な非常に興味深いノンラベル信号である。VSD計測データとFIOS計測データについて、特に海馬スライスのデータを比較・評価し、双方のデータは平行して評価可能と考えられ、その結果についても発表を行ってきた。本研究は2021年からスタートしていた研究のより展開的な内容で実際の創薬などへの応用を見据えた定量研究を目指している。今年度はより定量的な解析手法を発展させることができた。2024年度は国際学会(Neuroscience2024他 計5件)、国内学会(Neuro2024他計8件)で発表を行った。論文では、多発性硬化症に着目した光学アッセイ法として「Optical Assay of the Functional Impact of Cuprizone-Induced Demyelination and Remyelination on Interhemispheric Neural Communication in the Anterior Cingulate Cortex via the Corpus Callosum (eNeuro)」他、計3本を発表した。

現在までの達成度
現在までの達成度

2: おおむね順調に進展している

理由

本研究課題においての定量的解析手法を発展させることができた。2024年度の成果として、国際学会(Neuroscience2024他 計5件)、国内学会(Neuro2024他計8件)で発表を行った。この解析手法を用いて解析を行なった論文として、多発性硬化症に着目した光学アッセイ法として「Optical Assay of the Functional Impact of Cuprizone-Induced Demyelination and Remyelination on Interhemispheric Neural Communication in the Anterior Cingulate Cortex via the Corpus Callosum (eNeuro)」他、計3本を発表した。

今後の研究の推進方策

2024年度の成果として、定量的解析手法を発展させ、国際学会(Neuroscience2024他 計5件)、国内学会(Neuro2024他計8件)で発表を行った。論文では、多発性硬化症に着目した光学アッセイ法として「Optical Assay of the Functional Impact of Cuprizone-Induced Demyelination and Remyelination on Interhemispheric Neural Communication in the Anterior Cingulate Cortex via the Corpus Callosum (eNeuro)」他、計3本を発表した。今後、さらに、海馬以外の部位についても実験・解析を実施し、評価する予定である。

報告書

(1件)
  • 2024 実施状況報告書
  • 研究成果

    (16件)

すべて 2025 2024

すべて 雑誌論文 (3件) (うち国際共著 1件、 査読あり 3件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (13件) (うち国際学会 5件)

  • [雑誌論文] Optical Assay of the Functional Impact of Cuprizone-Induced Demyelination and Remyelination on Interhemispheric Neural Communication in the Anterior Cingulate Cortex via the Corpus Callosum2025

    • 著者名/発表者名
      Tsukuda Kyoka、Tominaga Yoko、Taketoshi Makiko、Miwa Michiko、Nakashima Kentaro、Tominaga Takashi
    • 雑誌名

      eneuro

      巻: 12 号: 1 ページ: ENEURO.0511-24.2024

    • DOI

      10.1523/eneuro.0511-24.2024

    • 関連する報告書
      2024 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Impaired Hippocampal Long-Term Potentiation and Memory Deficits upon Haploinsufficiency of MDGA1 Can Be Rescued by Acute Administration of D-Cycloserine2024

    • 著者名/発表者名
      Ojima Daiki、Tominaga Yoko、Kubota Takashi、Tada Atsushi、Takahashi Hiroo、Kishimoto Yasushi、Tominaga Takashi、Yamamoto Tohru
    • 雑誌名

      International Journal of Molecular Sciences

      巻: 25 号: 17 ページ: 9674-9674

    • DOI

      10.3390/ijms25179674

    • 関連する報告書
      2024 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Action of GABAB receptor on local network oscillation in somatosensory cortex of oral part: focusing on NMDA receptor2024

    • 著者名/発表者名
      Hiroyuki Kanayama,Takashi Tominaga,Yoko Tominaga,Nobuo Kato,Hiroshi Yoshimura
    • 雑誌名

      The Journal of Physiological Sciences

      巻: 74 号: 1 ページ: 16-16

    • DOI

      10.1186/s12576-024-00911-w

    • 関連する報告書
      2024 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] Quantitative description of the voltage-activated Ca and K currents responsible for the membrane response in Paramecium multimicronucleatum. I. Kinetic analysis of the K current2024

    • 著者名/発表者名
      T. TOMINAGA, Y. TOMINAGA
    • 学会等名
      2024 Neuroscience Meeting Planner. Chicago, IL. : Society for Neuroscience
    • 関連する報告書
      2024 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Voltage-sensitive dye imaging functional dissection of ipsilateral and contralateral neural activity propagation in mouse anterior cingulate cortex (ACC)2024

    • 著者名/発表者名
      Y. TOMINAGA, M. TAKETOSHI, T. TOMINAGA
    • 学会等名
      2024 Neuroscience Meeting Planner. Chicago, IL. : Society for Neuroscience
    • 関連する報告書
      2024 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Large-scale voltage-sensitive dye imaging of mouse prefrontal cortex: Biophysical mapping of intra- and inter-hemispheric connections2024

    • 著者名/発表者名
      T. TOMINAGA, P. GUSAIN, M. TAKETOSHI, Y. TOMINAGA
    • 学会等名
      21st IUPAB Congress
    • 関連する報告書
      2024 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Fast Intrinsic Optical Signal (FIOS) measurements of brain slices: no-stain, label-free and non-invasive fast optical signal measurements2024

    • 著者名/発表者名
      Y. TOMINAGA, M. KOIKE-TANI, T. TANI, T. TOMINAGA
    • 学会等名
      21st IUPAB Congress
    • 関連する報告書
      2024 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Visualizing demyelination effects on interhemispheric communication with voltage-sensitive dye imaging in cuprizone-induced multiple sclerosis model mice2024

    • 著者名/発表者名
      K. TSUKUDA, M. MIWA, M. TAKETOSHI, Y. TOMINAGA, K. NAKASHIMA, T. TOMINAGA
    • 学会等名
      21st IUPAB Congress
    • 関連する報告書
      2024 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] マウス大脳皮質の大規模電位感受性色素イメージング: 領域間のニューロン伝播パターンのマッピング解析2024

    • 著者名/発表者名
      冨永 洋子、Gusain Pooja、竹歳 麻紀子、冨永 貴志
    • 学会等名
      NEURO2024 (20240724-0727)
    • 関連する報告書
      2024 実施状況報告書
  • [学会発表] クプリゾン誘発性多発性硬化症モデルにおける膜電位感受性色素を使用した脱髄による半球間コミュニケーション障害のイメージング2024

    • 著者名/発表者名
      佃 京華、三輪 倫子、竹歳 麻紀子、冨永 洋子、中島 健太郎、冨永 貴志
    • 学会等名
      NEURO2024 (20240724-0727)
    • 関連する報告書
      2024 実施状況報告書
  • [学会発表] 膜電位感受性色素によるマウス前頭前野の大規模神経活動イメージング:毒物による脳機能変調を捉える新規の計測法2024

    • 著者名/発表者名
      冨永 貴志、Pooja GUSAIN、佃 京華、竹歳 麻紀子、中島 健太郎、冨永 洋子
    • 学会等名
      The Journal of Toxicological Sciences (J.Toxicol. Sci.) (20240703-0704)
    • 関連する報告書
      2024 実施状況報告書
  • [学会発表] VSD imagingによって明らかになったCuprizone誘発性多発性硬化症モデルマウスにおける脳梁を介した半球間連絡の障害2024

    • 著者名/発表者名
      佃 京華、三輪倫子、竹歳 麻紀子、冨永 洋子、中島 健太郎、冨永 貴志
    • 学会等名
      第15回日本生物物理学会 中国四国支部大会(20240525-0526)
    • 関連する報告書
      2024 実施状況報告書
  • [学会発表] 抗てんかん薬バルプロ酸は海馬神経活動を亢進するー膜電位感受性色素による計測2024

    • 著者名/発表者名
      中川実柚、竹歳 麻紀子、冨永 洋子、冨永 貴志
    • 学会等名
      第15回日本生物物理学会 中国四国支部大会(20240525-0526)
    • 関連する報告書
      2024 実施状況報告書
  • [学会発表] マウス脳スライス膜電位イメージングによる嗅皮質の神経回路可塑性と振動特性解析2024

    • 著者名/発表者名
      増永心,荻原宏輔,冨永洋子,冨永貴志 ,梶原利一
    • 学会等名
      第34回 日本神経回路学会 全国大会(JNNS2024) 9/11-13 北海道大学クラーク会館
    • 関連する報告書
      2024 実施状況報告書
  • [学会発表] 抗てんかん発作薬レベチラセタムは高齢マウス皮質脳梗塞後の海馬でのGABA神経系バランス変調を正常化する2024

    • 著者名/発表者名
      伊藤 康一、冨永 洋子、冨永 貴志、小森 理絵、石原 康宏
    • 学会等名
      日本薬学会第144年会(横浜)
    • 関連する報告書
      2024 実施状況報告書
  • [学会発表] 膜電位光シグナルの振動伝播現象解析から探る嗅皮質神経回路の機能構造解析2024

    • 著者名/発表者名
      斎藤 雄輝、増永 心、岡野 晃大、冨永 洋子、冨永 貴志、梶原 利一
    • 学会等名
      第129回日本解剖学会総会・全国学術集会(20240321-0323)
    • 関連する報告書
      2024 実施状況報告書

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公開日: 2024-04-05   更新日: 2025-12-26  

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