マウス社会性ナビゲーションの多感覚仮想環境における再構成とその包括的理解

• 研究領域: 生物ナビゲーションのシステム科学
• 研究課題/領域番号: 19H04942
• 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: 北海道大学 (2020); 国立研究開発法人理化学研究所 (2019)
• 研究代表者: 佐藤 正晃 北海道大学, 医学研究院, 講師 (90518325)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2021-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2020年度)
• 配分額: 9,750千円 (直接経費: 7,500千円、間接経費: 2,250千円); 2020年度: 4,940千円 (直接経費: 3,800千円、間接経費: 1,140千円); 2019年度: 4,810千円 (直接経費: 3,700千円、間接経費: 1,110千円)
• キーワード: バーチャルリアリティ / 二光子レーザー顕微鏡 / カルシウムイメージング / 社会行動 / 自閉症

研究開始時の研究の概要

本研究は、マウスの社会性ナビゲーション行動を多感覚バーチャルリアリティ環境において再構成し、その行動を支える神経回路活動を二光子カルシウムイメージングで明らかにする。また自閉症モデルマウスがバーチャル社会行動と神経回路活動に異常を示すかどうか検証し、そのメカニズムを明らかにする。得られたデータの解析はデータ科学者との共同作業で行う。

研究実績の概要

本年度は、バーチャル空間内を探索するマウスの広視野カルシウムイメージングにより、行動状態依存的な大脳皮質ダイナミクスの解析を行った。皮質領野間の活動の相関を計算することにより、領野間の機能的結合を明らかにし、歩行状態から静止状態及びその逆の遷移に伴う機能的結合の変化を明らかにした。また自閉症モデルマウスを用いて同様の実験を行うことにより、正常マウスと自閉症モデルマウスの機能的皮質結合のパターンの違いを明らかにした。さらに、自由行動下で新規マウスと相互作用する社会行動を示すマウスの島皮質領域からヘッドマウント型蛍光顕微鏡を用いてカルシウムイメージングを行った。行動課題としてホームケージ実験とリニアチャンバー実験の２種類を用いた。この実験により、新規マウスと相互作用するときに活動が亢進する細胞群と抑制される細胞群の２つの新しい細胞群を見出した。活動が亢進する細胞群の一部は、相手マウスに接触する身体部位や社会相互作用中に自身が歩行しているか静止しているかという行動状態の違いに対して選択的な反応を示すことを明らかにした。リニアチャンバー実験では、両端のチャンバーに配置したマウスと物体の位置を入れ替えても、マウスの入っているチャンバーに選択的に反応する細胞群が同定できた。しかしチャンバーの絶対的な位置に反応する細胞はほとんど見られなかったことから、社会相互作用をコードする細胞は、場所とは関係なく社会行動に対して選択的に反応することが明らかとなった。

現在までの達成度 (段落)

令和2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2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] Encoding of social exploration by neural ensembles in the insular cortex (2020)
  • 著者名/発表者名: Miura I, Sato M, Overton E, Kunori N, Nakai J, Kawamata T, Nakai N, Takumi T.
  • 雑誌名: PLoS Biol. 巻: 18(9) 号: 9 ページ: e3000584-e3000584
  • DOI: 10.1371/journal.pbio.3000584
  • NAID: 120006894010
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Distinct Mechanisms of Over-Representation of Landmarks and Rewards in the Hippocampus (2020)
  • 著者名/発表者名: Masaaki Sato, Kotaro Mizuta, Tanvir Islam, Masako Kawano, Yukiko Sekine, Takashi Takekawa, Daniel Gomez-Dominguez, Alexander Schmidt, Fred Wolf, Karam Kim, Hiroshi Yamakawa, Masamichi Ohkura, Min Goo Lee, Tomoki Fukai, Junichi Nakai, Yasunori Hayashi
  • 雑誌名: Cell Reports 巻: 32 号: 1 ページ: 107864-107864
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2020.107864
  • NAID: 120006867158
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Imaging the Neural Circuit Basis of Social Behavior: Insights from Mouse and Human Studies (2020)
  • 著者名/発表者名: MIURA Isamu、OVERTON Eric T.N.、NAKAI Nobuhiro、KAWAMATA Takakazu、SATO Masaaki、TAKUMI Toru
  • 雑誌名: Neurologia medico-chirurgica 巻: 60 号: 9 ページ: 429-438
  • DOI: 10.2176/nmc.ra.2020-0088
  • NAID: 130007904775
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Astrocytes in Atp1a2‐deficient heterozygous mice exhibit hyperactivity after induction of cortical spreading depression (2020)
  • 著者名/発表者名: Hiroki Sugimoto, Masaaki Sato, Junichi Nakai and Kiyoshi Kawakami
  • 雑誌名: FEBS Open Bio 巻: in press 号: 6 ページ: 1031-1043
  • DOI: 10.1002/2211-5463.12848
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] An aspherical microlens assembly for deep brain fluorescence microendoscopy (2020)
  • 著者名/発表者名: Masaaki Sato*, Shotaro Sano, Hiroki Watanabe, Yoko Kudo, Junichi Nakai
  • 雑誌名: Biochemical and Biophysical Research Communications 巻: in press 号: 2 ページ: 447-452
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2020.04.009
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Wide and Deep Imaging of Neuronal Activities by a Wearable NeuroImager Reveals Premotor Activity in the Whole Motor Cortex (2019)
  • 著者名/発表者名: Takuma Kobayashi, Tanvir Islam, Masaaki Sato, Masamichi Ohkura, Junichi Nakai, Yasunori Hayashi & Hitoshi Okamoto
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 9 号: 1 ページ: 8366-8366
  • DOI: 10.1038/s41598-019-44146-x
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Orchestrated ensemble activities constitute a hippocampal memory engram (2019)
  • 著者名/発表者名: Khaled Ghandour, Noriaki Ohkawa, Chi Chung Alan Fung, Hirotaka Asai, Yoshito Saitoh, Takashi Takekawa, Reiko Okubo-Suzuki, Shingo Soya, Hirofumi Nishizono, Mina Matsuo, Makoto Osanai, Masaaki Sato, Masamichi Ohkura, Junichi Nakai, Yasunori Hayashi, Takeshi Sakurai, Takashi Kitamura, Tomoki Fukai & Kaoru Inokuchi
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 10 号: 1 ページ: 2637-2637
  • DOI: 10.1038/s41467-019-10683-2
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] 島皮質の神経細胞アンサンブルによる社会探索行動の符号化 (2021)
  • 著者名/発表者名: 佐藤 正晃、三浦 勇、Overton Eric、九里 信夫、中井 淳一、川俣 貴一、中井 信裕、内匠 透
  • 学会等名: 第94回日本薬理学会年会
• [学会発表] 島皮質の神経細胞集団による社会相互作用の符号化 (2021)
  • 著者名/発表者名: 佐藤 正晃、三浦 勇、Overton Eric、九里 信夫、中井 淳一、川俣 貴一、中井 信裕、内匠 透
  • 学会等名: 第126回日本解剖学会総会・全国学術集会 / 第98回日本生理学会大会 合同大会
• [学会発表] Minimum aberration deep brain fluorescence microendoscopy using a miniature aspherical lens assembly (2019)
  • 著者名/発表者名: Masaaki Sato, Shotaro Sano, Hiroki Watanabe, Junichi Nakai
  • 学会等名: Society for Neuroscience 49th annual meeting
  • 国際学会
• [備考] 社会行動に関わる脳細胞「ソーシャルセル」を同定
  • URL: https://www.kobe-u.ac.jp/research_at_kobe/NEWS/news/2020_09_23_01.html
• [備考] 脳内地図を細胞レベルで観察 －自閉症関連遺伝子Shank2はランドマーク情報に必須－
  • URL: https://www.riken.jp/press/2020/20200708_1/index.html
• [備考] 海馬の認知地図の形成メカニズムを解明
  • URL: http://navi-science.jp/newsletter-vol-5/#ib-toc-anchor-2