高速2光子軸索機能イメージングで読み解く軸索神経活動の発振現象と行動連関

• 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: 18H04934
• 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
• 研究機関: 玉川大学 (2019); 東京大学 (2018)
• 研究代表者: 田中 康裕 玉川大学, 脳科学研究所, 准教授 (20533128)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2020-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2019年度)
• 配分額: 5,720千円 (直接経費: 4,400千円、間接経費: 1,320千円); 2019年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円); 2018年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
• キーワード: オシロロジー / 大脳皮質 / 軸索イメージング / 運動野 / 発振現象 / カルシウム / 軸索 / 2光子顕微鏡 / カルシウムイメージング / 粒子フィルタ

研究実績の概要

本研究課題の目的は軸索神経活動の発振状態や同期化と行動との関連を調べ、文脈依存的な同期化などを探索することである。2018年度は視床から一次運動野へ投射する軸索の神経活動と行動に関する変数との関連性が大脳皮質の層により異なることを見出し、さらに皮質軸索イメージングを行いながら皮質下で光刺激を行い光刺激誘導性の軸索活動を観察するなどして、これらを国際誌に発表した。今年度は、これらの技術で観察された軸索発振現象と電気生理的な発振現象との関係を明らかにするため、皮質全層から記録を行う事の出来る多点電極を持つ細胞外記録法の導入と実験系の立ち上げを行った。この細胞外記録法を学ぶために、オシロロジー領域の支援を受けてロンドン大学でのトレーニングコースに参加した。また上記、一次運動野における軸索活動と行動連関の論文において示唆された大脳基底核回路と小脳回路の依存関係について、神経回路モデルを立てて、実験結果をうまく説明することができたので、これらの結果について投稿準備中である。独立して研究室を立ち上げ、イメージング実験は共同研究ベースで行う事となったが、電気生理実験に加え、これまでのデータの解析を継続している。現在の研究室では行動中の生体を用いた多細胞の電気生理が可能となったため、今後はイメージングや光刺激実験なども立ち上げ、これまでも行ってきた神経活動と動物行動の連関を明らかにする実験を継続し、その合理的な解釈を可能とするモデル化研究も発展させる予定である。

現在までの達成度 (段落)

令和元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

令和元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] Motor learning requires myelination to reduce asynchrony and spontaneity in neural activity (2019)
  • 著者名/発表者名: Kato Daisuke、Wake Hiroaki、Lee Philip R.、Tachibana Yoshihisa、Ono Riho、Sugio Shouta、Tsuji Yukio、Tanaka Yasuyo H.、Tanaka Yasuhiro R.、Masamizu Yoshito、Hira Riichiro、Moorhouse Andrew J.、Tamamaki Nobuaki、Ikenaka Kazuhiro、Matsukawa Noriyuki、Fields R. Douglas、Nabekura Junichi、Matsuzaki Masanori
  • 雑誌名: Glia 巻: 68 号: 1 ページ: 193-210
  • DOI: 10.1002/glia.23713
  • NAID: 120006775953
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Thalamocortical Axonal Activity in Motor Cortex Exhibits Layer-Specific Dynamics during Motor Learning (2018)
  • 著者名/発表者名: Tanaka Yasuyo H.、Tanaka Yasuhiro R.、Kondo Masashi、Terada Shin-Ichiro、Kawaguchi Yasuo、Matsuzaki Masanori
  • 雑誌名: Neuron 巻: 100 号: 1 ページ: 244-258
  • DOI: 10.1016/j.neuron.2018.08.016
  • NAID: 40021939701
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Two-photon imaging of neuronal activity in motor cortex of marmosets during upper-limb movement tasks (2018)
  • 著者名/発表者名: Ebina T, Masamizu Y, Tanaka YR, Watakabe A, Hirakawa R, Hirayama Y, Hira R, Terada S, Koketsu D, Hikosaka K, Mizukami H, Nambu A, Sasaki E, Yamamori Y, Matsuzaki M
  • 雑誌名: Nat Commun 巻: 9 号: 1 ページ: 1879-1879
  • DOI: 10.1038/s41467-018-04286-6
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Cortical manifestation of cerebellar and basal-ganglia information via thalamus during motor learning. (2020)
  • 著者名/発表者名: Tanaka YR, Tanaka YH, Matsuzaki M.
  • 学会等名: The Eighth International Neural Microcircuit Conference.
  • 招待講演
• [学会発表] Decoding animal behavior from cellular‐resolution neural data. (2020)
  • 著者名/発表者名: Tanaka YR, Masamizu Y, Tanaka YH, Shinotsuka T, Matsuzaki M.
  • 学会等名: The 97th Annual Meeting of the Physiological Society of Japan
  • 招待講演
• [学会発表] Layer-Specific Dynamics of Thalamocortical Inputs during Motor Learning (2020)
  • 著者名/発表者名: Tanaka YR, Tanaka YH, Kawaguchi Y, Matsuzaki M.
  • 学会等名: The 125th Annual Meeting of the Japanese Association of Anatomists
  • 招待講演
• [学会発表] 運動学習中の大脳皮質入出力の層特異的な神経活動ダイナミクス (2020)
  • 著者名/発表者名: 田中康裕, 田中康代, 正水芳人, 川口泰雄, 松崎政紀.
  • 学会等名: 第125回日本解剖学会総会・全国学術集会
• [学会発表] The influence of LTP induction on back-propagated action potentials on dendrites: analysis using optical imaging with voltage sensitive dye. (2019)
  • 著者名/発表者名: Sugimoto S, Kawai M, Kondo M, Tanaka YR, Aihara T.
  • 学会等名: NEUROSCIENCE2019, Society for Neuroscience 49th Annual Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] Analysis of back-propagated action-potential modulated by LTP induction in hippocampus granule cells. (2019)
  • 著者名/発表者名: Sugimoto S, Kawai M, Kondo M, Tanaka YR, Aihara T.
  • 学会等名: NEURO2019, The 42nd Annual Meeting of the Japan Neuroscience Society, The 62nd Annual Meeting of Japanese Society for Neurochemistry
• [学会発表] マウス運動学習時に視床を介して大脳皮質運動野へ送られる基底核・小脳入力. (2019)
  • 著者名/発表者名: 田中康裕, 田中康代, 松崎政紀.
  • 学会等名: 第34回日本大脳基底核研究会
  • 招待講演
• [学会発表] Thalamocortical Axonal Activity in Motor Cortex Exhibits Layer-Specific Dynamics during Motor Learning. (2019)
  • 著者名/発表者名: Tanaka YR, Tanaka YH, Kawaguchi Y, Matsuzaki M,
  • 学会等名: Neural Oscillation Conference 2019
• [学会発表] Thalamocortical Axon Activity in Motor Cortex Exhibits Layer-Specific Dynamics during Motor Learning (2019)
  • 著者名/発表者名: Tanaka YR, Tanaka YH, Kondo M, Terada S, Kawaguchi Y, Matsuzaki M
  • 学会等名: The 9th Federation of Asian and Oceanian Physiological Societies Congress
  • 国際学会
• [学会発表] 大脳皮質と関連皮質下領域が作るループ構造に関する機能形態学的研究 (2019)
  • 著者名/発表者名: 田中康裕
  • 学会等名: 第124回日本解剖学会全国学術集会
  • 招待講演
• [学会発表] Emerging dynamics of thalamocortical ensemble activity through learning of self-initiated lever pull (2018)
  • 著者名/発表者名: Tanaka YH, Tanaka YR, Kondo M, Terada S, Kawaguchi Y, Matsuzaki M
  • 学会等名: The 41st Annual Meeting of the Japan Neuroscience Society
  • 国際学会
• [備考] translationReg, Github repository
  • URL: https://github.com/YR-T/translationReg