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行動の頑健性と柔軟性を制御する神経回路動態の可視化と機能制御

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 18H05135
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
研究機関九州大学

研究代表者

石原 健  九州大学, 理学研究院, 教授 (10249948)

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
5,460千円 (直接経費: 4,200千円、間接経費: 1,260千円)
2019年度: 2,730千円 (直接経費: 2,100千円、間接経費: 630千円)
2018年度: 2,730千円 (直接経費: 2,100千円、間接経費: 630千円)
キーワード線虫 / 全脳イメージング / 機械学習 / カルシウムイメージング / 記憶の忘却 / 行動選択 / 統計解析
研究実績の概要

動物は、様々な情報を中枢神経回路において適切に処理することによって、刻々と変動する環境に適応している。本研究では、線虫をモデルとして、特定の刺激に対していつも同じ行動をとる(頑健性がある)場合と、確率的に行動を変化させる(柔軟な)場合とでどのように情報処理に違いがあるのかを明らかにすることを目的としている。
(1)細胞の同定をした全中枢神経細胞の個別の活動を元に、機械学習(random forest回帰)や統計的因果推定法(Convergent Cross Mapping CCM)を用いて、機能的な神経回路の推定を行った。因果関係にある神経細胞の組合せは、時間とともに変化するが、その変化は、個体による組合せの違いと比べ大きくないことが分かった。
(2)スパースモデリング法の1つであるLASSOを用いて、頭部の全中枢神経細胞の活動のうち、線虫の動きを制御している神経活動を推定することを試みた。神経細胞の中には類似の活動をしているものもあるので、まずクラスタリングを行い、神経細胞を活動によって分類した。その上で、各グループの平均の活動を用いて、LASSOによりどのグループの神経活動が行動の制御に寄与しているのかを解析した。その結果、個体による違いはあるものの、寄与が大きいグループに共通に存在する神経細胞があるらしいことがわかった。
(3)少数の神経細胞の活動に基づいて、神経間の因果推定をCCMを用いて行ったところ、時間変化に比べて、個体間の違いが大きいことがわかった。さらに、同時に因果関係がある神経の組合せも調べると、さらに個体差が大きいことがわかった。

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

    (13件)

すべて 2020 2019 2018 その他

すべて 雑誌論文 (2件) (うち国際共著 1件、 査読あり 2件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (10件) (うち国際学会 3件、 招待講演 1件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Neuron ID dataset facilitates neuronal annotation for whole-brain activity imaging of C. elegans2020

    • 著者名/発表者名
      Yu Toyoshima, Stephen Wu, Manami Kanamori, Hirofumi Sato, Moon Sun Jang, Suzu Oe, Yuko Murakami, Takayuki Teramoto, Chanhyun Park, Yuishi Iwasaki, Takeshi Ishihara, Ryo Yoshida & Yuichi Iino
    • 雑誌名

      BMC Biology

      巻: 18 号: 1 ページ: 30-30

    • DOI

      10.1186/s12915-020-0745-2

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Environmental responsiveness of tubulin glutamylation in sensory cilia is regulated by the p38 MAPK pathway2018

    • 著者名/発表者名
      Kimura Y, Tsutsumi K, Konno A, Ikegami K, Hameed S, Kaneko T, Kaplan OI, Teramoto T, Fujiwara M, Ishihara T, Blacque OE, Setou M
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 8 号: 1 ページ: 8392-8392

    • DOI

      10.1038/s41598-018-26694-w

    • 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 / 国際共著
  • [学会発表] Analyzing whole-brain dynamics of C. elegans with statistical approach2019

    • 著者名/発表者名
      Murakami Yuko, Suzu Oe, Motonari Ichinose, Takayuki Teramoto, Yu Toyoshima, Terumasa Tokunaga, Osamu Hirose, Wu Stephan, Jang Moon-Song, Hirofumi Sato, Sayuri Kuge, Yuishi Iwasaki, Ryo Yoshida, Yuichi Iino, Takeshi Ishihara
    • 学会等名
      The 20th International Conference on Systems Biology
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書 2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 線虫の連合学習の記憶に基づく行動スイッチング:中枢神経回路活動可視化による解析2019

    • 著者名/発表者名
      大江 紗、村上 悠子、寺本 孝行、豊島 有、徳永 旭政、 Wu Stephan、広瀬 修、 Moon-Sun Jang、佐藤 博文、金森 真奈美、久下 小百合、岩崎 唯史、吉田 亮、飯野 雄一、石原 健
    • 学会等名
      第42回日本分子生物学会年会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 全脳カルシウムイメージングによる線虫の神経動態解析2019

    • 著者名/発表者名
      村上 悠子、大江 紗、寺本 孝行、豊島 有、徳永 旭政、Stephan Wu、広瀬 修、Jang Moon-Sun、佐藤 博文、金森 真奈美、久下 小百合、 岩崎 唯史、吉田 亮、飯野 雄一、石原 健
    • 学会等名
      第42回日本分子生物学会年会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 嗅覚応答にかかわる機能的神経回路の可塑性はいかにして行動を制御するのか2019

    • 著者名/発表者名
      一ノ瀬 元成、村上 悠子、豊島 有、大江 紗、Stephen Wu、金森 真奈実、寺本 孝行、Moon-Sun Jang、佐藤 博文、吉田 亮、飯野 雄一、石原 健
    • 学会等名
      第42回日本分子生物学会年会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Whole-brain calcium imaging analyses of dynamics of neural network in C. elegans2019

    • 著者名/発表者名
      Murakami Yuko, Suzu Oe, Motonari Ichinose, Takayuki Teramoto, Yu Toyoshima, Terumasa Tokunaga, Osamu Hirose, Wu Stephan, Jang Moon-Song, Hirofumi Sato, Sayuri Kuge, Yuishi Iwasaki, Ryo Yoshida, Yuichi Iino, Takeshi Ishihara
    • 学会等名
      次世代脳プロジェクト2019年度冬のシンポジウム
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Gonadal maturation changes chemotaxis behavior and neural processing in the olfactory circuit through the function of a guanylyl cyclase, GCY-28.2018

    • 著者名/発表者名
      Manabi Fujiwara, Hiroshi wada, Takeshi Ishihara
    • 学会等名
      The 8th Asia Pacific C.elegans Meeting
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Analyzing whole neural activities to elucidate the mechanisms underlying sensory integration2018

    • 著者名/発表者名
      Yuko Murakami, Suzu Oe, Kawahara Yuki, Takumi Katsume, Takayuki Teramoto, Yu Toyoshima, Terumasa Tokunaga, Osamu Hirose, Wu Stephan, Jang Moon-Song, Hirofumi Sato, Sayuri Kuge, Yuishi Iwasaki, Ryo Yoshida, Yuichi Iino, Takeshi Ishihara
    • 学会等名
      The 8th Asia Pacific C.elegans Meeting
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 感覚統合のメカニズム2018

    • 著者名/発表者名
      村上 悠子、大江 紗、勝目 拓海、寺本 孝行、豊島 有、徳永 旭将、広瀬 修、Stephan Wu、Song Jang Moon、佐藤 博文、久下 小百合、岩崎 唯史、吉田 亮、飯野 雄一、石原 健
    • 学会等名
      第41回日本神経科学大会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Analyzing whole neural activities to elusidate the mechanisms underlying sensory integration2018

    • 著者名/発表者名
      Yuko Murakami, Suzu Oe, Takumi Katsume, Takayuki Teramoto, Yu Toyoshima, Terumasa Tokunaga, Osamu Hirose, Wu Stephan, Jang Moon-Song, Hirofumi Sato, Sayuri Kuge, Yuishi Iwasaki, Ryo Yoshida, Yuichi Iino, Takeshi Ishihara
    • 学会等名
      Symposium on Systems Science of Bio-Navigation 2018
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 線虫の全脳イメージングとその解析2018

    • 著者名/発表者名
      石原 健
    • 学会等名
      線虫研究の未来を創る会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [備考] 九州大学 分子遺伝学研究室のホームページへようこそ。

    • URL

      http://www.biology.kyushu-u.ac.jp/~bunsiide/

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書 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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