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脳内局所環境因子の多変量計測・制御による記憶・情動解析

公募研究

研究領域脳情報動態を規定する多領野連関と並列処理
研究課題/領域番号 18H05110
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
研究機関東北大学

研究代表者

松井 広  東北大学, 生命科学研究科, 教授 (20435530)

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 *注記
5,980千円 (直接経費: 4,600千円、間接経費: 1,380千円)
2019年度: 2,990千円 (直接経費: 2,300千円、間接経費: 690千円)
2018年度: 2,990千円 (直接経費: 2,300千円、間接経費: 690千円)
キーワードグリア細胞 / ファイバーフォトメトリー / オプトジェネティクス / 細胞内イオン濃度 / 脳内情報処理
研究実績の概要

ひとつの脳であっても、その時々の脳内環境次第で、情報処理モードは大きく異なる。これらのステート間では、脳内回路(ワイヤリング)自体には何の違いもないはずだが、脳の情報処理の動態は全く異なる。本研究者は、これまで、定常的な伝達物質濃度の多寡、あるいは、乳酸等の代謝産物濃度の一過性の変動次第で、神経系の動作ががらりと変わることを示しており、この脳内局所環境を制御しているのは、神経細胞とは異なるグリア細胞であると考えている。そこで、本研究では、生きているマウス脳内に光ファイバーを刺し入れ、グリア細胞からの伝達物質放出を制御する因子としての細胞内pH、Ca2+を蛍光ライブ計測するとともに、グリア細胞・神経細胞の伝達物質産生能を握っている、乳酸・ピルビン酸・ATP等の代謝産物の流れを、新規開発のFRET蛍光分子を使ってモニターすることを目標とした。本研究において、それぞれの蛍光センサープローブを発現する遺伝子改変マウスを作製した。これらの動物を用いて、脳内神経活動の電気的活動および蛍光記録の多変量解析を行った。特に、睡眠・覚醒等の大きく異なる脳状態で上記光ファイバー・フォトメトリーを行ったところ、脳表面で見られる変化とは全く異なる変化が脳深部で起こっていることが明らかになった。脳表面での変化は、蛍光マクロズーム実体顕微鏡を用いたイメージング方法を新たに開発して観察したが、ファイバー・フォトメトリーでの計測結果が確認された。特に、グリア細胞のうちのアストロサイトと神経細胞とをつなぐ、代謝産物の流れが可視化されたことで、脳内エネルギー代謝が、睡眠・覚醒中にどのように変化するのか、その一端が示され、睡眠の役割そのものを明らかにする研究を開始できた。

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。

報告書

(2件)
  • 2019 実績報告書
  • 2018 実績報告書
  • 研究成果

    (30件)

すべて 2019 2018 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (7件) (うち査読あり 2件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (16件) (うち国際学会 8件、 招待講演 14件) 図書 (2件) 備考 (3件)

  • [国際共同研究] Heinrich Heine University Dusseldorf(ドイツ)

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [国際共同研究] Heinrich-Heine University Dusseldorf(ドイツ)

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [雑誌論文] 序にかえて-にかわ脳-Glue Brain Project-2019

    • 著者名/発表者名
      松井 広、田中謙二
    • 雑誌名

      実験医学増刊

      巻: 37 ページ: 3-7

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [雑誌論文] グリア細胞による貪食を介した脳内リモデリング2019

    • 著者名/発表者名
      森澤陽介、松井 広、小泉修一
    • 雑誌名

      実験医学増刊

      巻: 37 ページ: 65-72

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [雑誌論文] アストロサイト活動光操作による脳機能制御2019

    • 著者名/発表者名
      別府 薫、松井 広
    • 雑誌名

      実験医学増刊

      巻: 37 ページ: 136-143

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [雑誌論文] 睡眠覚醒のスイッチ2019

    • 著者名/発表者名
      常松友美、松井 広
    • 雑誌名

      Clinical Neuroscience

      巻: 37 ページ: 793-797

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [雑誌論文] Optogenetic astrocyte activation evokes BOLD fMRI response with oxygen consumption without neuronal activity modulation2018

    • 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

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Targeted expression of step-function opsins in transgenic rats for optogenetic studies2018

    • 著者名/発表者名
      Igarashi Hiroyuki、Ikeda Keiko、Onimaru Hiroshi、Kaneko Ryosuke、Koizumi Kyo、Beppu Kaoru、Nishizawa Kayo、Takahashi Yukari、Kato Fusao、Matsui Ko、Kobayashi Kazuto、Yanagawa Yuchio、Muramatsu Shin-Ichi、Ishizuka Toru、Yawo Hiromu
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 8 号: 1 ページ: 5435-5435

    • DOI

      10.1038/s41598-018-23810-8

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] 睡眠の光操作とグリア細胞機能の役割2018

    • 著者名/発表者名
      常松 友美、森澤 陽介、松井 広
    • 雑誌名

      Clinical Neuroscience

      巻: 36 ページ: 925-928

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 神経活動の発振を封じ込める内因性機構の賦活化2019

    • 著者名/発表者名
      松井 広
    • 学会等名
      日本脳循環代謝学会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Meta-information control of the brain via glial functions2019

    • 著者名/発表者名
      Ko Matsui
    • 学会等名
      National Taiwan University - Tohoku University Neuroscience Symposium
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] オプトジェネティクスによるてんかん病態解析と制御2019

    • 著者名/発表者名
      松井 広
    • 学会等名
      関東機能的脳外科カンファレンス
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Astrocytic control of neuronal information processing and disease2019

    • 著者名/発表者名
      Ko Matsui
    • 学会等名
      日本神経科学会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] グリア細胞の担う脳内情報処理と光操作による脳病態制御2019

    • 著者名/発表者名
      松井 広
    • 学会等名
      東京慈恵会医科大学 "医学研究の基礎を語る集い"
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Glial optogenetics for understanding the cross talk between metabolism and information processing2019

    • 著者名/発表者名
      Ko Matsui
    • 学会等名
      9th FAOPS
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Role of glial phagocytosis of synapses in physiological memory engravement process2019

    • 著者名/発表者名
      Yosuke Morizawa, Ko Matsui
    • 学会等名
      Gordon Research Conference (Glial Biology)
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Multimodal expression and control of brain information2019

    • 著者名/発表者名
      Ko Matsui
    • 学会等名
      The 2nd FRIS-TFC Joint Symposium
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Glial control of neuronal information processing2018

    • 著者名/発表者名
      Ko Matsui
    • 学会等名
      TU-UCL Neuroscience Meeting
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Glial control of neuronal information processing2018

    • 著者名/発表者名
      Ko Matsui
    • 学会等名
      Heinrich-Heine-University Dusseldorf Seminar
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Malfunction of potassium extrusion as a major cause of chronic epilepsy2018

    • 著者名/発表者名
      Mariko Onodera, Jan Meyer, Christine Rose, Ko Matsui
    • 学会等名
      Japanese-German YoungGlia collaborative meeting for mutual research exchange
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Glial control of neuronal information processing2018

    • 著者名/発表者名
      Ko Matsui
    • 学会等名
      Japanese-German YoungGlia collaborative meeting for mutual research exchange
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 代謝機能の光操作/光計測による脳情報解析と病態制御2018

    • 著者名/発表者名
      松井広
    • 学会等名
      第二回 ニコン顕微鏡イメージングフォーラム
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Cross talk between metabolism and information processing2018

    • 著者名/発表者名
      松井広
    • 学会等名
      第23回グリア研究会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] グリア細胞の光操作で探る脳の機能と心の成り立ち2018

    • 著者名/発表者名
      松井広
    • 学会等名
      第3回 感性・身体性センシング技術分科会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] オプトジェネティクスによる神経発振制御とグリア細胞の役割2018

    • 著者名/発表者名
      松井広
    • 学会等名
      第15回てんかん包括医療東北研究会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [図書] 脳の半分を占める グリア細胞2019

    • 著者名/発表者名
      松井広、田中謙二
    • 総ページ数
      228
    • 出版者
      羊土社
    • ISBN
      9784758103824
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [図書] 基礎心理学実験法ハンドブック2018

    • 著者名/発表者名
      日本基礎心理学会
    • 総ページ数
      608
    • 出版者
      朝倉書店
    • ISBN
      9784254520231
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [備考] 東北大学 超回路脳機能分野

    • URL

      http://www.ims.med.tohoku.ac.jp/matsui/

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [備考] Tohoku University NGP Academic English Course

    • URL

      http://www.ims.med.tohoku.ac.jp/NGPEnglish/

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [備考] 東北大学・超回路脳機能分野

    • URL

      http://www.ims.med.tohoku.ac.jp/matsui/

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書

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公開日: 2018-04-23   更新日: 2021-01-27  

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