単一シナプス活動の可視化によるpopulation codingの解析

• 研究課題/領域番号: 25290003
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 一部基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 神経生理学・神経科学一般
• 研究機関: 山梨大学 (2014-2015); 東京大学 (2013)
• 研究代表者: 喜多村 和郎 山梨大学, 総合研究部, 教授 (60423159)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2016-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2015年度)
• 配分額: 17,940千円 (直接経費: 13,800千円、間接経費: 4,140千円); 2015年度: 4,810千円 (直接経費: 3,700千円、間接経費: 1,110千円); 2014年度: 4,810千円 (直接経費: 3,700千円、間接経費: 1,110千円); 2013年度: 8,320千円 (直接経費: 6,400千円、間接経費: 1,920千円)
• キーワード: 神経情報処理 / シナプス結合 / 体性感覚 / 2光子イメージング / ２光子イメージング / 神経科学 / 生理学 / シナプス

研究成果の概要

大脳におけるシナプス入力のpopulation codingを明らかにするために、2光子イメージングによる単一シナプス入力の可視化法を確立した。自発活動および感覚刺激により誘発されるシナプス入力を解析したところ、近傍に位置するシナプスに高い確率で同期した入力が入ることを明らかにした。また、自発入力と感覚シナプス入力は時空間的に類似したパターンを示し、これらの入力パターンが経験依存的に形成されることを示した。さらに、覚醒状態においては、麻酔下と比較してより高い確率で同期入力が観察され、生理的条件下では感覚シナプス入力の時空間パターンが樹状突起における非線形な情報処理に貢献していると示唆された。

研究成果

• [雑誌論文] Rational design of a high-affinity, fast, red calcium indicator R-CaMP2 (2015)
  • 著者名/発表者名: Inoue M, Takeuchi A, Horigane S, Ohkura M, Gengyo-Ando K, Fujii H, Kamijo S, Takemoto-Kimura S, Kano M, Nakai J, Kitamura K, Bito H
  • 雑誌名: Nat Methods 巻: 12 号: 1 ページ: 64
  • DOI: 10.1038/nmeth.3185
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Structure–function relationships between aldolase C/Zebrin II expression and complex spike synchrony in the cerebellum (2015)
  • 著者名/発表者名: Tsutsumi S, Yamazaki M, Miyazaki T, Watanabe M, Sakimura K, Kano M, Kitamura K
  • 雑誌名: J Neurosci. 巻: 35 号: 2 ページ: 843
  • DOI: 10.1523/jneurosci.2170-14.2015
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Two distinct layer-specific dynamics of cortical ensembles during learning of a motor task. (2014)
  • 著者名/発表者名: Masamizu Y, Tanaka YR, Tanaka YH, Hira R, Ohkubo F, Kitamura K, Isomura Y, Okada T, Matsuzaki M.
  • 雑誌名: Nat. Neurosci 巻: 17 号: 7 ページ: 987-994
  • DOI: 10.1038/nn.3739
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Spike timing-dependent selective strengthening of single climbing fibre inputs to Purkinje cells during cerebellar development (2013)
  • 著者名/発表者名: Yoshinobu Kawamura, Hisako Nakayama, Kouichi Hashimoto, Kenji Sakimura, Kazuo Kitamura and Masanobu Kano.
  • 雑誌名: Nat Commun. 巻: 4 号: 1 ページ: 2732-2732
  • DOI: 10.1038/ncomms3732
  • 査読あり
• [雑誌論文] Relationship between the local structure of orientation map and the strength of orientation tuning of neurons in monkey V1: a 2-photon calcium imaging study (2013)
  • 著者名/発表者名: Ikezoe, K., Mori, Y., Kitamura, K., Tamura, H., Fujita, I.
  • 雑誌名: Journal of Neuroscience 巻: 33(42) 号: 42 ページ: 16818-16827
  • DOI: 10.1523/jneurosci.2209-13.2013
  • 査読あり
• [雑誌論文] Disruption of cerebellar microzonal organization in GluD2 (Glurδ2) knockout mouse (2013)
  • 著者名/発表者名: Hashizume M, Miyazaki T, Sakimura K, Watanabe M, Kitamura K, Kano M
  • 雑誌名: Front Neural Circuits 巻: 7 号: JUL ページ: 130-130
  • DOI: 10.3389/fncir.2013.00130
  • 査読あり
• [雑誌論文] Functional labeling of neurons and their projections using the synthetic activity-dependent promoter E-SARE (2013)
  • 著者名/発表者名: Kawashima T, Kitamura K, Suzuki K, Nonaka M, Kamijo S, Takemoto-Kimura S, Kano M, Okuno H, Ohki K, Bito H.
  • 雑誌名: Nature Methods 巻: 10 号: 9 ページ: 889
  • DOI: 10.1038/nmeth.2559
  • 査読あり
• [雑誌論文] Nonlinear Decoding and Asymmetric Representation of Neuronal Input Information by CaMKIIα and Calcineurin (2013)
  • 著者名/発表者名: Fujii H, Inoue M, Okuno H, Sano Y; Takemoto-Kimura S, Kitamura K, Kano M, Bito H.
  • 雑誌名: Cell Reports 巻: 3 号: 4 ページ: 978
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2013.03.033
  • 査読あり
• [雑誌論文] Calcium-dependent regulation of climbing fibre synapse elimination during postnatal cerebellar development (2013)
  • 著者名/発表者名: Kano M, Nakayama H, Hashimoto K, Kitamura K, Sakimura K, Watanabe M
  • 雑誌名: J. Physiol. 巻: 591 号: 13 ページ: 3151
  • DOI: 10.1113/jphysiol.2012.248252
  • 査読あり
• [雑誌論文] Dendritic calcium signaling in cerebellar Purkinje cell (2012)
  • 著者名/発表者名: Kitamura K
  • 雑誌名: Neural Networks 巻: 47 ページ: 11
  • DOI: 10.1016/j.neunet.2012.08.001
  • 査読あり
• [学会発表] Functional organization of cerebellar modules during skilled behavior (2016)
  • 著者名/発表者名: Kazuo Kitamura
  • 学会等名: 第９３回日本生理学会大会
  • 発表場所: 札幌コンベンションセンター（北海道・札幌市）
  • 年月日: 2016-03-22
• [学会発表] Optogenetic mapping of cerebra-cerebellar communication loop in mice (2016)
  • 著者名/発表者名: Myeong Jeong Choo, Riichiro Hira, Masanori Matsuzaki, Masanobu Kano, Kazuo Kitamura
  • 学会等名: 第９３回日本生理学会大会
  • 発表場所: 札幌コンベンションセンター（北海道・札幌市）
  • 年月日: 2016-03-22
• [学会発表] Differential learning-related changes in climbing fiber inputs to cerebellar stripes (2016)
  • 著者名/発表者名: Shinichiro Tsutsumi, Naoki Hidaka, Yoshikazu Isomura, Masanori Matsuzaki, Kenji Sakimura, Masanobu Kano, Kazuo Kitamura
  • 学会等名: 第９３回日本生理学会大会
  • 発表場所: 札幌コンベンションセンター（北海道・札幌市）
  • 年月日: 2016-03-22
• [学会発表] Rational design of ultrafast, high-affinity red calcium indicator for monitoring neuronal activity (2015)
  • 著者名/発表者名: M. INOUE, A. TAKEUCHI, S.-I. HORIGANE, H. FUJII, S. KAMIJO, S. TAKEMOTO-KIMURA, M. OHKURA, K. GENGYO-ANDO, M. KANO, J. NAKAI, K. KITAMURA, H. BITO
  • 学会等名: Neuroscience 2015
  • 発表場所: McCormick Place Convention Center (Chicago, USA)
  • 年月日: 2015-10-17
  • 国際学会
• [学会発表] In vivo光学イメージングと電気生理学の融合 (2015)
  • 著者名/発表者名: 喜多村和郎
  • 学会等名: 第３８回日本神経科学大会
  • 発表場所: 神戸国際会議場（兵庫県・神戸市）
  • 年月日: 2015-07-28
  • 招待講演
• [学会発表] Identification of complex spikes in two-photon recording of Purkinje cell calcium responses by machine learning and ROC analysis of the performance (2015)
  • 著者名/発表者名: Huu Thien Hoang, Shinichiro Tsutsumi, Miki Hashizume, Okito Yamashita, Isao T. Tokuda, Masa-Aki Sato, Mitsuo Kawato, Masanobu Kano, Kazuo Kitamura, Keisuke Toyama
  • 学会等名: 第３８回日本神経科学大会
  • 発表場所: 神戸国際会議場（兵庫県・神戸市）
  • 年月日: 2015-07-28
• [学会発表] Rational design of a novel high-affinity, ultrafast, red calcium indicator R-CaMP2 (2015)
  • 著者名/発表者名: Masatoshi Inoue, Atsuya Takeuchi, Shin-Ichiro Horigane, Masamichi Ohkura, Keiko Gengyo-Ando, Hajime Fujii, Satoshi Kamijo, Sayaka Takemoto-Kimura, Masanobu Kano, Junichi Nakai, Kazuo Kitamura, Haruhiko Bito
  • 学会等名: 第３８回日本神経科学大会
  • 発表場所: 神戸国際会議場（兵庫県・神戸市）
  • 年月日: 2015-07-28
• [学会発表] Experience-Dependent Clustering of Sensory Synaptic Inputs in the somatosensory cortex (2015)
  • 著者名/発表者名: Kazuo Kitamura, Masanobu Kano
  • 学会等名: 第９２回日本生理学会
  • 発表場所: 神戸国際会議場（兵庫県・神戸市）
  • 年月日: 2015-03-23
• [学会発表] Two-photon imaging of neural activity at single neurons and single synapses: Optical physiology in vivo (2014)
  • 著者名/発表者名: Kazuo Kitamura
  • 学会等名: 第３７回日本神経科学学会
  • 発表場所: パシフィコ横浜（神奈川県・横浜市）
  • 年月日: 2014-09-12
• [学会発表] Highly sensitive calcium imaging of neural activity in vitro and in vivo with a new fluorescent calcium indicator, Cal-520 (2014)
  • 著者名/発表者名: Atsuya Takeuchi, Mayumi Tada, Miki Hashizume, Kazuo Kitamura, Masanobu Kano
  • 学会等名: 第３７回日本神経科学学会
  • 発表場所: パシフィコ横浜（神奈川県・横浜市）
  • 年月日: 2014-09-11
• [学会発表] Impairment of cerebellar microzonal organization by aberrant climbing fiber to Purkinje cell wiring in GluRδ2 (GluD2) knockout mouse. (2013)
  • 著者名/発表者名: Miki Hashizume, Taisuke Miyazaki, Kenji Sakimura, Masahiko Watanabe, Kazuo Kitamura, Masanobu Kano
  • 学会等名: Neuroscience2013
  • 発表場所: San Diego, USA
• [学会発表] Fine scale correspondence between the cerebellar microzones and the aldolase C compartments in mice. (2013)
  • 著者名/発表者名: Shinichiro Tsutsumi, Maya Yamazaki, Taisuke Miyazaki, Masahiko Watanabe, Kenji Sakimura, Kazuo Kitamura, Masanobu Kano
  • 学会等名: Neuroscience2013
  • 発表場所: San Diego, USA
• [学会発表] Selective strengthening of single climbing fiber inputs to Purkinje cells during postnatal cerebellar development in vivo. (2013)
  • 著者名/発表者名: Yoshinobu Kawamura, Hisako Nakayama, Kouichi Hashimoto, Kenji Sakimura, Kazuo Kitamura, Masanobu Kano
  • 学会等名: Neuroscience2013
  • 発表場所: San Diego, USA
• [学会発表] Postnatal desynchronization of climbing fiber responses in Purkinje cell populations of the developing cerebellum. (2013)
  • 著者名/発表者名: Jean -M. Good, Taisuke Miyazaki, Kazuo Kitamura, Masahiko Watanabe, Kenji Sakimura, Masanobu Kano
  • 学会等名: Neuroscience2013
  • 発表場所: San Diego, USA
• [学会発表] Synchronous climbing fiber responses correlated with the aldolase C compartments in mouse cerebellar cortex (2013)
  • 著者名/発表者名: Shinichiro Tsutsumi, Mayumi Tada, Kenji Sakimura, Kazuo Kitamura, Masanobu Kano
  • 学会等名: Neuro2013
  • 発表場所: 京都
• [学会発表] Sparse and heterogeneous organization of sensory inputs in layer 2/3 of mouse barrel cortex (2013)
  • 著者名/発表者名: Kazuo Kitamura, Masanobu Kano
  • 学会等名: Neuro2013
  • 発表場所: 京都
• [学会発表] 光で探る脳の活動 ～シナプスからニューロンまで～
  • 著者名/発表者名: 喜多村和郎
  • 学会等名: 第22回日本バイオイメージング学会学術集会公開講座
  • 発表場所: 東京
  • 招待講演
• [学会発表] 小脳皮質回路の機能構築と運動制御・運動記憶．
  • 著者名/発表者名: 喜多村和郎
  • 学会等名: 第2回記憶回路研究会
  • 発表場所: 岡崎
• [学会発表] 光で探る脳のはたらき～シナプスから回路へ～
  • 著者名/発表者名: 喜多村和郎
  • 学会等名: 量子エレクトロニクス研究会
  • 発表場所: 軽井沢