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海馬台における投射先特異的な情報処理機構の解明

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 18H05137
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
研究機関大阪市立大学

研究代表者

水関 健司  大阪市立大学, 大学院医学研究科, 教授 (80344448)

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
5,720千円 (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)
キーワード海馬台 / 投射先特異的 / 海馬 / 記憶 / 光遺伝学 / 情報処理 / オシレーション / 脳状態 / 大規模記録 / 投射先同定
研究実績の概要

本研究は、海馬の出力層にあたる海馬台からどのような情報がどの脳領域へ伝達されるかを明らかにすることを目的とした。まずは大規模計測と光遺伝学を組み合わせて、投射先を同定した海馬台の神経細胞の活動を計測する実験系を構築した。具体的には、アデノ随伴ウイルスベクターを用いてラットの海馬台の神経細胞にチャネルロドプシン(ChR2)を発現させた。次に、最大256点の多点電極シリコンプローブを用いて、50個程度の海馬台の神経細胞の活動を一斉に計測しながら、海馬台の主要な投射先に挿入した光ファイバーを使って脳領域特異的に青色光で刺激した。ChR2を発現している神経細胞の軸索で生じたスパイクが短い潜時と小さなジターで逆行性に細胞体へ伝わることを指標にして、海馬台の神経細胞の投射先を同定できた。この技術を使って、行動課題(空間探索課題や作業記憶課題など)時と睡眠中に50個程度の神経細胞の発火活動を一斉に計測し、神経細胞の投射先を同定した。計測した活動データから、オフラインでスパイクソーティングにより個々の神経細胞の発火タイミングを抽出し、データ解析を行った。神経細胞が持つ各種の情報(場所情報・頭方向情報・作業記憶情報など)を定量し、海馬台で観察される各種のオシレーション(シータ波・ガンマ波・リップル波など)に対する発火の相関、各種の行動状態(課題遂行時・安静時・レム睡眠時・ノンレム睡眠時)における発火パターンを精査した。その結果、海馬台の神経細胞は、投射先の脳領域によって異なる種類の情報を伝達し、異なる発火パターンで活動し、各種のオシレーションに対して異なる相関を示すことが分かった。本研究により、海馬台が投射先選択的に特有の情報を特有の活動様式を用いて伝達することが明らかとなった。

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

    (40件)

すべて 2020 2019 2018 その他

すべて 国際共同研究 (5件) 雑誌論文 (10件) (うち国際共著 4件、 査読あり 8件、 オープンアクセス 6件) 学会発表 (21件) (うち国際学会 14件、 招待講演 6件) 図書 (2件) 備考 (2件)

  • [国際共同研究] Norwegian Univ of Science and Tech(ノルウェー)

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [国際共同研究] NIMH/NIH/DHHS(米国)

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [国際共同研究] Julich Research Centre/RWTH Aachen University/RWTH Aachen University(ドイツ)

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [国際共同研究] University of Wisconsin-Milwaukee/University of Michigan/NIMH/NIH/DHHS(米国)

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [国際共同研究] Ruhr-University Bochum(ドイツ)

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [雑誌論文] Cell type, sub-region, and layer-specific speed representation in the hippocampal?entorhinal circuit2020

    • 著者名/発表者名
      Iwase Motosada、Kitanishi Takuma、Mizuseki Kenji
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 10 号: 1 ページ: 1-23

    • DOI

      10.1038/s41598-020-58194-1

    • 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] Entorhinal Layer II Calbindin-Expressing Neurons Originate Widespread Telencephalic and Intrinsic Projections2019

    • 著者名/発表者名
      Ohara Shinya、Gianatti Michele、Itou Kazuki、Berndtsson Christin H.、Doan Thanh P.、Kitanishi Takuma、Mizuseki Kenji、Iijima Toshio、Tsutsui Ken-Ichiro、Witter Menno P.
    • 雑誌名

      Frontiers in Systems Neuroscience

      巻: 13 ページ: 54-54

    • DOI

      10.3389/fnsys.2019.00054

    • 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 / 国際共著
  • [雑誌論文] Reconstructing neuronal circuitry from parallel spike trains2019

    • 著者名/発表者名
      Kobayashi Ryota、Kurita Shuhei、Kurth Anno、Kitano Katsunori、Mizuseki Kenji、Diesmann Markus、Richmond Barry J.、Shinomoto Shigeru
    • 雑誌名

      Nature Communications

      巻: 10 号: 1 ページ: 4468-4468

    • DOI

      10.1038/s41467-019-12225-2

    • NAID

      120006728081

    • 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 / 国際共著
  • [雑誌論文] Mental fatigue is linked with attentional bias for sad stimuli2019

    • 著者名/発表者名
      Watanabe Kyosuke、Sasaki Akihiro T.、Tajima Kanako、Mizuseki Kenji、Mizuno Kei、Watanabe Yasuyoshi
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 9 号: 1 ページ: 1-8

    • DOI

      10.1038/s41598-019-45428-0

    • 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] PET imaging of 11C-labeled coenzyme Q10: Comparison of biodistribution between [11C]ubiquinol-10 and [11C]ubiquinone-10.2019

    • 著者名/発表者名
      Watanabe K, Nozaki S, Goto M, Kaneko KI, Hayashinaka E, Irie S, Nishiyama A, Kasai K, Fujii K, Wada Y, Mizuno K, Mizuseki K, Doi H, Watanabe Y.
    • 雑誌名

      Biochem Biophys Res Commun

      巻: - 号: 3 ページ: 611-615

    • DOI

      10.1016/j.bbrc.2019.03.073

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書 2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Oscillation-driven memory encoding, maintenance and recall in an entorhinal-hippocampal circuit model2019

    • 著者名/発表者名
      Kurikawa Tomoki、Mizuseki Kenji、Fukai Tomoki
    • 雑誌名

      bioRxiv

      巻: -

    • DOI

      10.1101/804062

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • オープンアクセス
  • [雑誌論文] Hippocampal Information Processing and Homeostatic Regulation During REM and Non-REM Sleep2019

    • 著者名/発表者名
      Mizuseki Kenji, Miyawaki Hiroyuki
    • 雑誌名

      Handbook of Behavioral Neuroscience

      巻: 30 ページ: 49-62

    • DOI

      10.1016/b978-0-12-813743-7.00004-9

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Hippocampal Reactivation Extends for Several Hours Following Novel Experience.2019

    • 著者名/発表者名
      Giri B, Miyawaki H, Mizuseki K, Cheng S, Diba K.
    • 雑誌名

      J Neurosci

      巻: 39 号: 5 ページ: 866-875

    • DOI

      10.1523/jneurosci.1950-18.2018

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] The subiculum: Unique hippocampal hub and more2018

    • 著者名/発表者名
      Matsumoto Nobuyoshi、Kitanishi Takuma、Mizuseki Kenji
    • 雑誌名

      Neuroscience Research

      巻: 143 ページ: 1-12

    • DOI

      10.1016/j.neures.2018.08.002

    • NAID

      120006866799

    • URL

      https://ocu-omu.repo.nii.ac.jp/records/2020118

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書 2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Reconstructing Neuronal Circuitry from Parallel Spike Trains2018

    • 著者名/発表者名
      Ryota Kobayashi, Shuhei Kurita, Katsunori Kitano, Kenji Mizuseki, Barry J. Richmond, Shigeru Shinomoto
    • 雑誌名

      bioRxiv

      巻: - ページ: 1-14

    • DOI

      10.1101/334078

    • NAID

      120006728081

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] Global and local neuronal dynamics underling fear memory2019

    • 著者名/発表者名
      Kenji Mizuseki
    • 学会等名
      MEXT Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas FY2019-2022 Constructive understanding of multi-scale dynamism of neuropsychiatric disorders
    • 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] Pathway-specific information processing in the subiculum across sleep/wake cycles2019

    • 著者名/発表者名
      Kenji Mizuseki
    • 学会等名
      Annual Meeting of the Japan Neuroscience Society, Symposium “Brain-state dynamics underlying consciousness and cognition”
    • 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] Pathway-specific information outflow from the subiculum2019

    • 著者名/発表者名
      Takuma Kitanishi, Ryoko Umaba, Kenji Mizuseki
    • 学会等名
      Society for Neuroscience
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Evolution of fear memory representation in local and global circuits2019

    • 著者名/発表者名
      Hiroyuki Miyawaki, Kenji Mizuseki
    • 学会等名
      Society for Neuroscience
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Speed representation in the hippocampal-entorhinal circuit” specific to cell-type, sub-region, and layer2019

    • 著者名/発表者名
      岩瀬元貞、北西卓磨、水関健司
    • 学会等名
      第42回日本神経科学学会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Pathway-specific information outflow from the subiculum2019

    • 著者名/発表者名
      北西卓磨、馬場良子、水関健司
    • 学会等名
      第42回日本神経科学学会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Information processing of the ventral tegmental area neurons in reward-based decision-making2019

    • 著者名/発表者名
      松本秀之、水関健司
    • 学会等名
      第42回日本神経科学学会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Global and local neuronal dynamics underlying fear memory2019

    • 著者名/発表者名
      宮脇寛行、水関健司
    • 学会等名
      第42回日本神経科学学会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Target-specific distribution of projection neurons and postsynaptic targets of the subiculum2019

    • 著者名/発表者名
      馬場良子、北西卓磨、水関健司
    • 学会等名
      第42回日本神経科学学会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Pathway-specific information outflow from the subiculum2019

    • 著者名/発表者名
      北西卓磨、馬場良子、水関健司
    • 学会等名
      次世代脳プロジェクト冬のシンポジウム
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Information processing of the ventral tegmental area neurons in reward-based decision-making2019

    • 著者名/発表者名
      松本秀之、水関健司
    • 学会等名
      次世代脳プロジェクト冬のシンポジウム
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Pathway-specific information outflow from the subiculum2019

    • 著者名/発表者名
      北西卓磨、馬場良子、水関健司
    • 学会等名
      新学術領域「脳情報動態」班会議
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 大規模計測と光遺伝学を用いた海馬の領域間情報伝達の解明2019

    • 著者名/発表者名
      水関健司
    • 学会等名
      第18回 関西バイオ創薬研究会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 大規模電気生理学と光遺伝学を用いた海馬の情報処理機構の解明2019

    • 著者名/発表者名
      水関健司
    • 学会等名
      理化学研究所 生命機能科学研究センター 生体イメージングサイエンスセミナー
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 恐怖記憶の獲得・固定・想起・消去の基盤となる神経ダイナミクス2019

    • 著者名/発表者名
      水関健司
    • 学会等名
      大阪大学蛋白質研究所セミナー 精神疾患の分子・回路病態研究の最前線
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Pathway-specific information outflow from the subiculum2019

    • 著者名/発表者名
      Kenji Mizuseki
    • 学会等名
      New York University, Professor Gyuri Buzsaki’s 70th Birthday seminar
    • 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] Speed representation in the hippocampus and entorhinal cortex.2019

    • 著者名/発表者名
      岩瀬元貞、北西卓磨、水関健司
    • 学会等名
      第9回アジア・オセアニア生理学会連合大会&第96回日本生理学会合同大会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Optogenetic identification of subicular projection targets during large-scale recording.2018

    • 著者名/発表者名
      Kenji Mizuseki
    • 学会等名
      Joint symposium of 10th optogenetics research conference and second international symposium on brain information dynamics 2018.
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 海馬、嗅内皮質における速度表現2018

    • 著者名/発表者名
      岩瀬元貞、北西卓磨、水関健司
    • 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
    • 国際学会
  • [学会発表] 海馬・扁桃体・前頭前野による記憶と行動決定のメカニズム2018

    • 著者名/発表者名
      水関健司
    • 学会等名
      遺伝研研究会 遺伝要因と環境の相互作用による行動決定のメカニズム
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Large-scale extracellular recording to uncover the mechanism of generating spatial coding in the hippocampus2018

    • 著者名/発表者名
      北西卓磨、水関健司
    • 学会等名
      新学術領域「生物移動情報学」国際シンポジウム
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [図書] Handbook of Sleep Research2019

    • 著者名/発表者名
      Mizuseki,K., and Miyawaki,H.
    • 出版者
      Elsevier
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [図書] ブレインサイエンス・レビュー 20182018

    • 著者名/発表者名
      水関健司
    • 総ページ数
      32
    • 出版者
      クバプロ
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [備考] 大阪市立大学大学院医学研究科 神経生理学 水関研究室

    • URL

      http://www.med.osaka-cu.ac.jp/physiology2/index.html

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [備考] 大阪市立大学医学部 神経生理学教室

    • URL

      http://www.med.osaka-cu.ac.jp/physiology2/index.html

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書

URL: 

公開日: 2018-04-23   更新日: 2021-01-27  

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