マウスfMRIと蛍光観察を融合させた視床網様核新規カルシウム発振の全脳作用の解明

• 研究領域: 非線形発振現象を基盤としたヒューマンネイチャーの理解
• 研究課題/領域番号: 16H01620
• 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: 複合領域
• 研究機関: 慶應義塾大学
• 研究代表者: 高田 則雄 慶應義塾大学, 医学部(信濃町), 特任講師 (50415212)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2018-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2017年度)
• 配分額: 6,240千円 (直接経費: 4,800千円、間接経費: 1,440千円); 2017年度: 3,120千円 (直接経費: 2,400千円、間接経費: 720千円); 2016年度: 3,120千円 (直接経費: 2,400千円、間接経費: 720千円)
• キーワード: 視床網様核 / fMRI / Ca2+ / 遺伝子改変マウス / ファイバーフォトメトリー / BOLD / マウス

研究実績の概要

視床網様核（TRN）は、膨大な感覚入力を受け取る視床から大脳皮質へ伝える情報を選別（sensory gating）する「門番」と言われる。TRN 活動が、賦活化する脳部位を決定し、脳広域ネットワーク活動を規定している可能性がある。実際にTRN は入眠時に発振（スピンドル波；～10 Hz）し、大脳皮質間で同期したスピンドル波を形成することが知られている。
TRN（神経核）と脳広域ネットワークという異なる階層間の関係性を明らかにするには、それぞれの活動を計測する必要がある。我々は、覚醒マウスを用いたfMRI 撮像法を確立し、覚醒安静時のマウス脳にデフォルトモードなどの「低周波数（＜0.1 Hz）活動で類別される“脳広域ネットワーク群”」を見いだした（Yoshida et al. 2016 J Neurosci Methods）。さらに「光ファイバー蛍光測定装置」をオリンパスと共同で開発し（Natsubori et al. 2017 J Neurosci）、Ca2+感受性蛍光蛋白質がTRNに発現するマウス（PV/YCマウス）を作出してTRNの「集合Ca2+活動」を計測した。これらの結果、安静時にTRNが低周波数（＜1 Hz）発振していることを発見した（高田則雄 2018 第41回日本神経科学会で発表予定)。
そこでTRN活動（集合Ca2+活動）が全脳活動（fMRI信号揺らぎ）を規定しているのか実証するために、本研究では「光ファイバー蛍光測定」と「覚醒マウスfMRI」とを融合させた系を構築した。この計測系に対してPV/YCマウスを適用した計測を行った。現在、TRNの発振活動と脳広域活動の時空間分布との関連を解析中である。

現在までの達成度 (段落)

29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

29年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Optogenetic astrocyte activation evokes BOLD fMRI response with oxygen consumption without neuronal activity modulation (2018)
  • 著者名/発表者名: Norio Takata, Yuki Sugiura, Keitaro Yoshida, Miwako Koizumi, Hiroshi Nishida, Kurara Honda, Ryutaro Yano, Yuji Komaki, Ko Matsui, Makoto Suematsu , Masaru Mimura, Hideyuki Okano, Kenji F. Tanaka
  • 雑誌名: Glia 巻: 印刷中 号: 9 ページ: 2013-2023
  • DOI: 10.1002/glia.23454
  • 査読あり
• [雑誌論文] Ventrolateral striatal medium spiny neurons positively regulate food-incentive, goal-directed behavior independently of D1 and D2 selectivity. (2017)
  • 著者名/発表者名: Akiyo Natsubori, Iku Tsustui-Kimura, Hiroshi Nishida, Youcef Bouchekioua, Hiroshi Sekiya, Motokazu Uchigashima, Masahiko Watanabe, Alban de Kerchove d'Exaerde, Masaru Mimura, Norio Takata, and Kenji Tanaka
  • 雑誌名: Journal of Neuroscience 巻: 37 号: 10 ページ: 2723-2733
  • DOI: 10.1523/jneurosci.3377-16.2017
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Dysfunction of ventrolateral striatal dopamine receptor type 2-expressing medium spiny neurons impairs instrumental motivation. (2017)
  • 著者名/発表者名: Tsutsui-Kimura I, Takiue H, Yoshida K, Xu M, Yano R, Ohta H, Nishida H, Bouchekioua Y, Okano H, Uchigashima M, Watanabe M, Takata N, Drew MR, Sano H, Mimura M, Tanaka KF.
  • 雑誌名: Nat Commun. 巻: 8 号: 1 ページ: 14304-14304
  • DOI: 10.1038/ncomms14304
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Physiological effects of a habituation procedure for functional MRI in awake mice using a cryogenic radiofrequency probe (2016)
  • 著者名/発表者名: Keitaro Yoshida, Yu Mimura, Ryosuke Ishihara, Hiroshi Nishida, Yuji Komaki, Tomohito Minakuchi, Tomokazu Tsurugizawa, Masaru Mimura, Hideyuki Okano, Kenji F. Tanaka, Norio Takata
  • 雑誌名: J Neurosci Methods. 巻: 274 ページ: 38-48
  • DOI: 10.1016/j.jneumeth.2016.09.013
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] 海馬神経細胞―光遺伝学的fMRIを用いた全脳活動解析― (2016)
  • 著者名/発表者名: 高田則雄
  • 雑誌名: 分子精神医学 巻: 16 ページ: 32-38
• [学会発表] 光遺伝学的fMRIを用いた海馬活動伝播様式の全脳解析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 高田則雄
  • 学会等名: 次世代プロジェクト「異なる時期の虚血が脳の発達に及ぼす影響の多層的アプローチによる解明と治療戦略構築」国際シンポジウム
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Dissection of downstream targets of the hippocampus using optogenetic fMRI (2017)
  • 著者名/発表者名: 高田則雄
  • 学会等名: 次世代プロジェクト「異なる時期の虚血が脳の発達に及ぼす影響の多層的アプローチによる解明と治療戦略構築」国際シンポジウム
  • 発表場所: 慶応義塾大学医学部
  • 国際学会 / 招待講演