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マイクロコネクトームのマクロ解剖との連結と精神疾患マウス脳への応用

公募研究

研究領域マルチスケール精神病態の構成的理解
研究課題/領域番号 19H05215
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 生物系
研究機関京都大学

研究代表者

下野 昌宣  京都大学, 医学研究科, 特定准教授 (30552137)

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 *注記
3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円)
2020年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2019年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
キーワードマルチスケール / 精神疾患 / コネクトーム / モデル動物 / ネットワーク / 神経 / 脳 / 抑制性 / 多細胞 / 3Dスキャン / 因果性 / 抑制細胞 / 前頭前野 / 多電極計測
研究開始時の研究の概要

本研究では精神疾患モデル動物のデータと健常動物のデータをマルチスケールに比較する事を目指している。本研究で用いる方法の第一の基盤は、申請者が米国において育成したマイクロコネクトームの実験-解析系であり、第二の基盤は、申請者が京都大学に異動した後に準備したマイクロコネクトームを全脳3D空間へと高精度に埋め込む手法である。これらの技術基盤の上で、本研究では、健常マウスと精神疾患モデルマウスの違いを脳領域の名前を超えて、脳領域内に埋め込まれている多細胞間の機能的なネットワークのトポロジーの相違としても特徴付ける。

研究実績の概要

令和元年度にBioRrxivに投稿した単一脳領域における研究が、長い査読を経て、令和2年度の末にPLOS Computational Biologyに受理された(4/8出版)。そのイラストは4月号の表紙を飾った。
また、疾患モデルマウスと健常マウスの5-10ペアからのデータ集積を行った。上記の解析方針を、疾患モデルマウスと健常マウスの比較分析を体系的な比較の目的に応用していっており、共同研究者の支援が引き続き得られれば、令和3年度で成果としてまとまるだろう。さらに、令和元年度に出版した埋め込み手法で、同一空間の中に統合したデータが70-80個以上(最終的に使えるデータだけで50個程度)に達してきており、他予算の支えの下で、今後、脳を細胞レベルで全体として理解する研究の発展が期待できる。
また、申請者の以前より続けていた翻訳本「脳のネットワーク」がみすず出版社から発刊され、研究分野の啓蒙に貢献すると考えられる。

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。

報告書

(2件)
  • 2020 実績報告書
  • 2019 実績報告書
  • 研究成果

    (17件)

すべて 2021 2020 2019 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (3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 (5件) (うち国際学会 4件) 図書 (2件) 備考 (6件)

  • [国際共同研究] 台湾/台湾中央大学(その他の国・地域)

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [雑誌論文] Inhibitory neurons exhibit high controlling ability in the cortical microconnectome2021

    • 著者名/発表者名
      Kajiwara Motoki、Nomura Ritsuki、Goetze Felix、Kawabata Masanori、Isomura Yoshikazu、Akutsu Tatsuya、Shimono Masanori
    • 雑誌名

      PLOS Computational Biology

      巻: 17

    • NAID

      120007026450

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Inhibitory neurons in somato-motor cortex are highly central and also show high controllability.2020

    • 著者名/発表者名
      Kajiwara, M., Goetze F., …,Akutsu T., Shimono M.
    • 雑誌名

      bioRxiv

      巻: 1208 ページ: 954016-954016

    • DOI

      10.1101/2020.02.18.954016

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] 3D Scanning Technology Bridging Microcircuits and Macroscale Brain Images in 3D Novel Embedding Overlapping Protocol.2019

    • 著者名/発表者名
      Ide, S., Kajiwara, M., Imai, H., & Shimono, M.
    • 雑誌名

      J. Vis. Exp.

      巻: 147 号: 147

    • DOI

      10.3791/58911

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Inhibitory neurons locate at a center of effective cortical networks, and have high ability to control other neurons.2020

    • 著者名/発表者名
      M. Kajiwara, M. Shimono
    • 学会等名
      Organization for computational neuroscience 2020
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Neural Network embedding of real Neuronal Networks.2020

    • 著者名/発表者名
      T. Hase, M. Shimono
    • 学会等名
      NetSci-X 2020
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Neural network embedding of real neuronal networks [オーラル, 審査あり]2020

    • 著者名/発表者名
      Hase T., Shimono M.
    • 学会等名
      NetSciX 2020
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Excitatory and Inhibitory Information flows on Micriconnectome2019

    • 著者名/発表者名
      Motoki Kajiwara, Felix Goetz, Akitoshi Seiyama, Masanori Shimono
    • 学会等名
      Neuro2019
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Basic topologies of E/I categorized microconnectome2019

    • 著者名/発表者名
      Motoki Kajiwara, Masanori Shimono
    • 学会等名
      次世代脳シンポジウム
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [図書] 脳のネットワーク2020

    • 著者名/発表者名
      オラフ・スポーンズ、下野昌宣
    • 総ページ数
      416
    • 出版者
      みすず書房
    • ISBN
      9784622088844
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [図書] 脳のネットワーク2020

    • 著者名/発表者名
      オラフ スポーンズ著, 下野昌宣 訳
    • 総ページ数
      408
    • 出版者
      みすず書房
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [備考] Multi-Scale Neural Networks Laboratory

    • URL

      http://shimono-u.net/

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [備考] 3Dスキャンを用いて異なるスケールの脳活動を連結する技術を開発

    • URL

      http://www.kyoto-u.ac.jp/ja/research/research_results/2019/190513_2.html

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [備考] 3Dスキャンを用いて異なるスケールの脳活動を連結する技術

    • URL

      https://monoist.atmarkit.co.jp/mn/articles/1906/25/news032.html

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [備考] Bridging scales of brain

    • URL

      https://www.nationaltribune.com.au/bridging-scales-of-brain/

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [備考] Bridging scales of brain

    • URL

      https://www.miragenews.com/bridging-scales-of-brain/

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [備考] 実験と理論とシミュレーション (シリーズ白眉対談)

    • URL

      https://www.hakubi.kyoto-u.ac.jp/pub/267/315/2-3/2

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書

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公開日: 2019-04-18   更新日: 2021-12-27  

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