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精神病態脳における大規模2光子解析法の開発

公募研究

研究領域マイクロエンドフェノタイプによる精神病態学の創出
研究課題/領域番号 15H01282
研究種目

新学術領域研究(研究領域提案型)

配分区分補助金
審査区分 生物系
研究機関山梨大学

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) 2015-04-01 – 2017-03-31
研究課題ステータス 完了 (2016年度)
配分額 *注記
6,890千円 (直接経費: 5,300千円、間接経費: 1,590千円)
2016年度: 3,510千円 (直接経費: 2,700千円、間接経費: 810千円)
2015年度: 3,380千円 (直接経費: 2,600千円、間接経費: 780千円)
キーワード2光子イメージング / シナプス
研究実績の概要

高速3次元で神経細胞およびシナプスの活動を捉えることのできる2光子イメージング法の改良を行った。これまでのピエゾを用いた焦点走査に代えて、超音波変調型GRINレンズを用いることで、さらに高速(>100kHz)な焦点走査を可能にした。これによって、縦方向に100umに伸びた点拡がり関数をもつ2光子励起を実現し、幅200um、高さ200um、深さ100umの体積内に存在する、神経細胞およびシナプスの活動を捉えることが可能となった。一方、広範囲における神経活動観察のために、低倍の対物レンズを導入し、1mm四方の範囲を観察可能にした。さらに、高速走査に伴って低下するシグナル強度を補償するために、高輝度かつ高感度な新規カルシウムプローブ分子を用いることで、体積内における単一スパインの反応を高いS/N比で観察することが可能となった。これにより、覚醒状態におけるマウス体性感覚野第2/3層錐体細胞の樹状突起において、自発活動および感覚刺激に対する応答が、近傍に位置するスパインで同期して入力することを明らかにした。また、少数のスパインへの入力によって、樹状突起において顕著にカルシウム上昇が起こる例が観察されたが、これらは樹状突起局所における情報処理過程を示していると考えられる。このように、開発した顕微鏡およびカルシウムプローブを用いることで、疾患モデル動物の神経・シナプス活動を高速かつ大規模に観察しその病態解明に貢献できることが期待される。

現在までの達成度 (段落)

28年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

28年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2016 実績報告書
  • 2015 実績報告書
  • 研究成果

    (15件)

すべて 2017 2016 2015

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 (14件) (うち国際学会 5件、 招待講演 4件)

  • [雑誌論文] Dendritic spikes in sensory perception. Frontiers in Cellular Neuroscience.2017

    • 著者名/発表者名
      Manita S, Miyakawa H, Kitamura K, Murayama M
    • 雑誌名

      Frontiers in Cellular Neuroscience

      巻: 11 ページ: 29-29

    • DOI

      10.3389/fncel.2017.00029

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] A novel method for assessment of reaching and grasping movements in head-fixed mice.2017

    • 著者名/発表者名
      Manita S, Ikezoe K, Kitamura K
    • 学会等名
      第94回日本生理学大会
    • 発表場所
      アクトシティ浜松(静岡県・浜松市)
    • 年月日
      2017-03-28
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] Representation of cerebellar climbing fiber signals during goal-directed behavior and learning.2016

    • 著者名/発表者名
      Kitamura K
    • 学会等名
      NIPS International Workshop “Toward elucidation of memory engram”
    • 発表場所
      生理学研究所(愛知県・岡崎市)
    • 年月日
      2016-12-07
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Functional differences in climbing fiber inputs to distinct cerebellar stripes during goal-directed behavior.2016

    • 著者名/発表者名
      Tsutsumi S, Hidaka N, Isomura Y, Matsuzaki M, Sakimura K, Kano M, Kitamura K
    • 学会等名
      Neuroscience 2016
    • 発表場所
      San Diego(USA)
    • 年月日
      2016-11-15
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 2光子イメージングによる小脳回路研究:発達から運動機能まで2016

    • 著者名/発表者名
      喜多村和郎
    • 学会等名
      第63回中部生理学会
    • 発表場所
      岡崎カンファレンスセンター(愛知県・岡崎市)
    • 年月日
      2016-11-04
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 脳機能の2光子イメージング2016

    • 著者名/発表者名
      喜多村和郎
    • 学会等名
      BioOpto Japan 2016
    • 発表場所
      パシフィコ横浜(神奈川県・横浜市)
    • 年月日
      2016-09-15
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Hyperacuity Bayesian technique to enhance temporal resolution of two-photon recording of complex spikes of cerebellar Purkinje cells.2016

    • 著者名/発表者名
      Hoang HT, Yamashita O, Tokuda IT, Kitamura K, Sato M, Kawato M, Toyama K
    • 学会等名
      第39回日本神経科学大会
    • 発表場所
      パシフィコ横浜(神奈川県・横浜市)
    • 年月日
      2016-07-22
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Cerebellar lobules receive spatiotemporally specific inputs from the cerebral cortex.2016

    • 著者名/発表者名
      Choo MJ, Hira R, Matsuzaki M, Kano M, Kitamura K
    • 学会等名
      第39回日本神経科学大会
    • 発表場所
      パシフィコ横浜(神奈川県・横浜市)
    • 年月日
      2016-07-22
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Functional organization of cerebellar modules during skilled behavior2016

    • 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
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] Optogenetic mapping of cerebra-cerebellar communication loop in mice2016

    • 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
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] Differential learning-related changes in climbing fiber inputs to cerebellar stripes2016

    • 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
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] Rational design of ultrafast, high-affinity red calcium indicator for monitoring neuronal activity2015

    • 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
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 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
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 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 performance2015

    • 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
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] Rational design of a novel high-affinity, ultrafast, red calcium indicator R-CaMP22015

    • 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
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書

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公開日: 2015-04-16   更新日: 2018-03-28  

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