分節構造推定による自閉症モデル霊長類の家族行動解析

• 研究領域: 人工知能と脳科学の対照と融合
• 研究課題/領域番号: 17H06040
• 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: 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構
• 研究代表者: 三村 喬生 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 放射線医学総合研究所 脳機能イメージング研究部, 研究員(任常) (60747377)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2019-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2018年度)
• 配分額: 11,700千円 (直接経費: 9,000千円、間接経費: 2,700千円); 2018年度: 5,590千円 (直接経費: 4,300千円、間接経費: 1,290千円); 2017年度: 6,110千円 (直接経費: 4,700千円、間接経費: 1,410千円)
• キーワード: 社会性 / 化学遺伝学 / モーション解析 / マーモセット / 脳イメージング / 霊長類 / 身体運動 / 自閉症 / 行動表現系 / 神経操作 / DREADD / 分節構造推定 / 行動

研究実績の概要

本研究は、社会性機能とその障害について、特に小型霊長類コモン・マーモセットにおける非言語コミュニケーション過程の構成論的記述を目的としており、(1)対象動物の自動行動計測技術の開発、(2)神経機能操作技術の開発を軸に、(3)社会的行動文脈の時系列文節解析を行う。
研究最終年度となる本年では、マーモセットに最適化したモーショントラッキング技術を用い、自由行動下の摂餌行動に含まれる行動文脈を教師なし機械学習アルゴリズムにより評価した。結果、データ駆動に特徴行動を抽出でき、行動エソグラムの分類器として高い性能を示すことが明らかになった。また、2匹の出会わせ場面を対象に、複数個体の同時トラッキングについて基盤的な開発を終了した。
一方、特殊な神経受容体を用いた脳局所の一過的な過活動を誘導することに成功し、ポジトロン断層画像法(PET)によるin vivoでの可視化および組織学的なフォローアップを完了した。本研究では片側の中脳黒質領域において過活動を誘導する事で、それにより自由行動に顕著な偏りが生じ旋回行動が誘発された。これは大脳基底核の線条体に対するドーパミン放出量が増加したためと考えられる。更に、機能的核磁気共鳴画像法(fMRI)を用いて脳活動領域の定量を進め、予備的な結果ではあるが、DREADD操作による全脳レベルの脳活動変化を検出することに成功した。
更に、社会性脳機能の探索として、バルプロ酸胎生期暴露モデル個体の新生仔期における神経構造を拡散強調核磁気共鳴画像法を用いて検討し、前交連繊維の減弱という新規の特徴を見出し、成果を国際論文として出版した。この前交連性が接続している扁桃体を標的に抑制性DREADDの導入が完了した。今後の展開として、当該個体の社会性行動を詳細に検討することで、扁桃体の神経活動による寄与を明らかにできると期待される。

現在までの達成度 (段落)

平成30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

平成30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] Abnormal axon guidance signals and reduced interhemispheric connection via anterior commissure in neonates of marmoset ASD model (2019)
  • 著者名/発表者名: Mimura K, Oga T, Sasaki T, Nakagaki K, Sato C, Sumida K, Hoshino K, Saito K, Miyawaki I, Suhara T, Aoki I, Minamimoto T, Ichinohe N
  • 雑誌名: NeuroImage 巻: 印刷中 ページ: 243-251
  • DOI: 10.1016/j.neuroimage.2019.04.006
  • NAID: 120007133606
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 3D reconstruction of brain section images for creating axonal projection maps in marmosets. (2017)
  • 著者名/発表者名: Abe H, Tani T, Mashiko H, Kitamura N, Miyakawa N, Mimura K, Sakai K, Suzuki W, Kurotani T, Mizukami H, Watakabe A, Yamamori T, Ichinohe N.
  • 雑誌名: J Neurosci Methods 巻: 286 ページ: 102-113
  • DOI: 10.1016/j.jneumeth.2017.04.016
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] 小型霊長類における動作のマーカレス測定と時空間モデリング (2018)
  • 著者名/発表者名: 三村 喬生, 松本 惇平, 持橋 大地, 島谷 健一郎, 中村 友昭, 長井 隆行, 西条 寿男, 須原 哲也, 南本 敬史
  • 学会等名: 第21回情報論的学習理論ワークショップ
• [学会発表] 化学遺伝学とPETイメージングの融合による黒質線条体ドーパミン神経活動制御 (2018)
  • 著者名/発表者名: 南本 敬史, 三村 喬生, 永井 裕司, 井上謙一, 須原 哲也, 高田 昌彦
  • 学会等名: 第７回マーモセット研究会大会
• [学会発表] Using PET imaging to monitor chemogenetic manipulation of nigrostriatal dopamine system in common marmoset (2018)
  • 著者名/発表者名: Koki Mimura, Yuji Nagai, Ken-ichi Inoue, Jumpei Matsumoto, Testuya Suhara, Hisao Nishijo, Masahiko Takada, Takafumi Minamimoto
  • 学会等名: Monitoring and manipulating brain function in non-human primates
  • 国際学会
• [学会発表] PETイメージングに基づく化学遺伝学によるコモン・マーモセットの黒質ドーパミン神経活動制御 (2018)
  • 著者名/発表者名: Koki Mimura, Yuji Nagai, Ken-ichi Inoue, Tetsuya Suhara, Masahiko Takada, Takafumi Minamimoto
  • 学会等名: 第41回日本神経科学大会, 日本神経科学学会
• [学会発表] 機械学習を用いた自由行動下における頭部方向測定法の開発 (2018)
  • 著者名/発表者名: 三村 喬生、松本 惇平、西条 寿夫、須原 哲也、南本 敬史
  • 学会等名: 第7回マーモセット研究会,
• [学会発表] 小型霊長類における動作のマーカレス測定と化学遺伝学の実装 (2018)
  • 著者名/発表者名: 三村 喬生、松本 惇平、井上 謙一、西条 寿夫、須原 哲也、高田 昌 彦、南本 敬史
  • 学会等名: 生理研研究集会「行動を制御する神経ネットワーク機能の解明に向けて」
  • 招待講演
• [学会発表] PET imaging of selective control of neural activity with a novel DREADD agonist (2018)
  • 著者名/発表者名: Nagai Y., Miyakawa N., Ji B., Hori Y., Huang X., Slocum S., Yan X., Ono M., Shimojo M., English J., Liu J., Inoue K., Kumata K, Hirabayashi T., Seki C., Fujimoto A., Mimura K., Oyama K., Zhang M., Suhara T., Takada M., Higuchi M., Jin J., Roth B., Minamimoto T.
  • 学会等名: 第41回日本神経科学大会
• [学会発表] Distrbed Vocal Communication in Common Marmoset Family with an Autism-Model Child (2017)
  • 著者名/発表者名: Koki Mimura, Keiko Nakagaki, Noritaka Ichinohe
  • 学会等名: 24 th Ineternational "Stress and Behavior" Conference
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Atypical Behavioral and Neural Phenotypes in a Common Marmoset Model of Autism Spectrum Disorder (2017)
  • 著者名/発表者名: Koki Mimura , Chika Sato, Jumpei Matsumoto, Ichio Aoki, Noritaka Ichinohe, Suhara Testuya, Takafumi Minamimoto
  • 学会等名: 12th International “Stress and Behavior” Society Regional Conference (Asia)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 3D-Tracker, an open-source 3D video based behavioral analysis system for laboratory animals for neuroscience (2017)
  • 著者名/発表者名: J. Matsumoto, H. Nishimaru, Y. Takamura, K. Mimura, A. Asaba, W. Suzuki, N. Ichinohe, T. Minamimoto, T. Ono, H. Nishijo
  • 学会等名: Neuroscience 2017
  • 国際学会
• [学会発表] げっ歯類とサルのためのオープンソース３次元ビデオ行動解析システムの開発と神経科学への応用 (2017)
  • 著者名/発表者名: 松本淳平, 西丸広史, 高村雄策, 三村喬生, 浅場明莉, 鈴木航, 一戸紀孝, 南本敬史, 小野武年, 西条寿夫
  • 学会等名: 2017年度生命科学系学会合同年次大会
• [学会発表] 化学遺伝学とPETイメージングの融合による黒質線条体ドーパミン神経活動制御 (2017)
  • 著者名/発表者名: 三村 喬生, 永井 裕司, 井上 謙一, 須原 哲也, 高田 昌彦, 南本 敬史
  • 学会等名: 第七回 日本マーモセット研究会大会
• [学会発表] 機械学習を用いた自由行動下における頭部方向測定法の開発 (2017)
  • 著者名/発表者名: 三村 喬生、松本 惇平、西条 寿夫、須原哲也、南本 敬史
  • 学会等名: 第七回 日本マーモセット研究会大会
• [備考]
  • URL: http://3dtracker.org/
• [備考] 3D Traker for animal behavior
  • URL: http://3dtracker.org/index.html