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精神病態の行動表現型を生じる神経回路動態の逆問題的解明

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 19H05224
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
研究機関大阪市立大学 (2020)
名古屋市立大学 (2019)

研究代表者

竹内 雄一  大阪市立大学, 大学院医学研究科, 特任講師 (70588384)

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
5,720千円 (直接経費: 4,400千円、間接経費: 1,320千円)
2020年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
2019年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
キーワード精神疾患 / 局所電場電位 / オシレーション / 逆問題 / 機械学習 / 統合失調症 / 薬物依存症 / 化学遺伝学 / 脳波
研究開始時の研究の概要

統合失調症や薬物依存症などの精神疾患は、通常見られない行動により定義・診断されるが、何故異常な行動が生じるのかは分かっていない。そこで本研究では、まず精神疾患の行動表現型を説明するマクロスコピックな神経回路動態を、情報学的手法で同定・モデル化する。次に同定したマクロ回路動態を直接操作することで、マクロ回路動態と精神疾患の行動表現型との因果関係を明らかにする。さらに遺伝子やシナプスレベルの変化が、当該マクロ神経回路動態に与える影響を明らかにする。こうして精神疾患の行動表現型の発現機構を構成的に理解する。このストラテジーは主に動物実験およびin silicoシミュレーションで実施する。

研究実績の概要

統合失調症や薬物依存症などの精神疾患は、通常見られない特有の行動により定義・診断される。精神疾患には遺伝的な要因もあるが、何故遺伝子やそれに伴うシナプス伝達など下層の変化が精神疾患特有の行動表現型に至るのかは分かっていない。これは遺伝子やシナプスの階層と行動層との解離が大きく、論理的な仮説を設定しづらいためであると考えられる。この問題を解決するためには、行動層の直下にあるマクロスコピックな神経回路ダイナミクス(脳活動パターン)に注目して、その行動表現型との因果律を解明すると共に、当該脳活動パターンと下層との関係を解析する戦略が有効である可能性がある。そこで本研究では、まず精神疾患の行動表現型を説明する脳活動パターンを情報学的手法で同定・モデル化し、同定した脳活動を操作することで、脳活動パターンと精神疾患の行動表現型との因果関係を明らかにすることを第一の目的とした。さらに遺伝子・シナプス・メゾ回路層における変容が当該モデルに与える影響を定量化することで、精神疾患の行動表現型が発現するメカニズムの構成的理解を目指す。初年度は、まず精神疾患症状様行動のモデルとしてラットに文脈・感覚入力依存的に意思決定を行わせるオペラントタスクを確立し、当該タスクを実行中の脳活動から行動選択特異的なパターンを機械学習を用いて抽出する技術を確立した。その成果を受け、最終はさらに以下の項目を達成した。

1. 遺伝子・シナプス層変容のモデルとして、統合失調症・薬物依存症モデルラットを導入した。
2. 当該疾患モデルにおいて、上記タスク実行中の多脳領域脳活動(電気生理)記録を行った。
3. 取得した脳活動記録から、疾患症状および行動選択特異的なパターンを抽出・モデル化した。
4. 抽出・モデル化した脳活動パターンに化学遺伝学的に介入することで、当該パターンと疾患表現型との因果関係を証明した。

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。

報告書

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

    (32件)

すべて 2021 2020 2019 2018 その他

すべて 国際共同研究 (6件) 雑誌論文 (7件) (うち国際共著 4件、 査読あり 6件、 オープンアクセス 6件) 学会発表 (12件) (うち国際学会 6件) 図書 (4件) 備考 (2件) 学会・シンポジウム開催 (1件)

  • [国際共同研究] セゲド大学(ハンガリー)

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [国際共同研究] ニューヨーク大学/デューク大学/ハーバード大学(米国)

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [国際共同研究] シンガポール国立大学(シンガポール)

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [国際共同研究] セゲド大学(ハンガリー)

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [国際共同研究] ニューヨーク大学/ハーバード大学/デューク大学(米国)

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [国際共同研究] シンガポール国立大学(シンガポール)

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [雑誌論文] Closed-loop stimulation of the medial septum terminates epileptic seizures2021

    • 著者名/発表者名
      Takeuchi Y, Harangozo M, Pedraza L, Foldi T, Kozak G, Li Q, Berenyi A
    • 雑誌名

      Brain

      巻: 114 号: 3 ページ: 885-908

    • DOI

      10.1093/brain/awaa450

    • NAID

      130008001593

    • 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 / 国際共著
  • [雑誌論文] Development of a neural probe integrated with high-efficiency MicroLEDs for in vivo application2020

    • 著者名/発表者名
      Yasunaga H, Takagi T, Shinko D, Nakayama Y, Takeuchi Y, Nishikawa A, Loesing A, Ohsawa M, Sekiguchi H
    • 雑誌名

      Jpn J Appl Phys

      巻: 60 号: 1 ページ: 16503-16503

    • DOI

      10.35848/1347-4065/abcffa

    • 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 / 国際共著
  • [雑誌論文] Oscillotherapeutics - Time-targeted interventions in epilepsy and beyond2020

    • 著者名/発表者名
      Takeuchi Y, Berenyi A
    • 雑誌名

      Neurosci Res

      巻: 152 ページ: 87-107

    • DOI

      10.1016/j.neures.2020.01.002

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Closed-loop stimulation of the medial septum terminates epileptic seizures2020

    • 著者名/発表者名
      Takeuchi Y, Harangozo M, Pedraza L, Foldi T, Kozak G, Berenyi A
    • 雑誌名

      bioRxiv

      巻: 3

    • DOI

      10.1101/2020.03.09.982827

    • NAID

      130008001593

    • 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] Tonic GABAergic Inhibition Is Essential for Nerve Injury-Induced Afferent Remodeling in the Somatosensory Thalamus and Ectopic Sensations2020

    • 著者名/発表者名
      Nagumo Y, Ueta Y, Nakayama H, Osaki H, Takeuchi Y, Uesaka N, Kano M, Miyata M
    • 雑誌名

      Cell Rep

      巻: 31 号: 12 ページ: 107797-107797

    • DOI

      10.1016/j.celrep.2020.107797

    • NAID

      120007053424

    • 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] The metabotropic glutamate receptor subtype 1 regulates development and maintenance of lemniscal synaptic connectivity in the somatosensory thalamus2019

    • 著者名/発表者名
      Narushima M, Yagasaki Y, Takeuchi Y, Aiba A, Miyata M
    • 雑誌名

      PLoS ONE

      巻: 14 号: 12 ページ: 820-820

    • DOI

      10.1371/journal.pone.0226820

    • 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] A collagen-coated PGA conduit for interpositional-jump graft with end-to-side neurorrhaphy for treating facial nerve paralysis in rat2018

    • 著者名/発表者名
      Niimi Yosuke、Matsumine Hajime、Takeuchi Yuichi、Osaki Hironobu、Tsunoda Satoshi、Miyata Mariko、Yamato Masayuki、Sakurai Hiroyuki
    • 雑誌名

      Microsurgery

      巻: Epub ahead of print 号: 1 ページ: 70-80

    • DOI

      10.1002/micr.30291

    • 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
  • [学会発表] Closed-loop stimulation of the medial septum terminates epileptic seizures2021

    • 著者名/発表者名
      Takeuchi Y
    • 学会等名
      The 94th Annual Meeting of the Japan Pharmacological Society
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] Closed-loop brain stimulation for epileptic seizures and beyond2021

    • 著者名/発表者名
      Takeuchi Y
    • 学会等名
      The 98th Annual Meeting of the Physiological Society of Japan
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] The metabotropic glutamate receptor subtype 1 regulates development and maintenance of lemniscal synaptic connectivity through cortical activity in the somatosensory thalamus2020

    • 著者名/発表者名
      Narushima M, Yagasaki Y, Takeuchi Y, Aiba A, Miyata M
    • 学会等名
      FENS Meeting 2020
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Controlling fear expression through closed-loop intervention: Sharp-waves ripples triggering medial forebrain bundle stimulation enhance extinction and induce long-lasting fear attenuation2020

    • 著者名/発表者名
      Pedraza L, Sierra R, Takeuchi Y, Kozak G, Peijin A, Berenyi A
    • 学会等名
      FENS Meeting 2020
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Controlling fear expression through closed-loop intervention: Sharp-waves ripples triggering medial forebrain bundle stimulation enhance extinction and induce long-lasting fear attenuation2020

    • 著者名/発表者名
      Pedraza L, Sierra R, Takeuchi Y, Kozak G, Peijin A, Berenyi A
    • 学会等名
      The 43rd Annual Meeting of the Japan Neuroscience Society
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] On-demand interventions of epileptic seizures and beyond2020

    • 著者名/発表者名
      Takeuchi Y
    • 学会等名
      The 43rd Annual Meeting of the Japan Neuroscience Society
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] Closed-loop stimulation of the medial septum terminates epilepsy seizures in rats2020

    • 著者名/発表者名
      Takeuchi Y, Harangozo M, Pedraza L, Foldi T, Kozak G, Berenyi A
    • 学会等名
      The 93th Annual Meeting of the Japan Pharmacological Society
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 時空間特異的な脳活動介入によるてんかんの制御2020

    • 著者名/発表者名
      竹内雄一
    • 学会等名
      第29回神経行動薬理学若手研究者の集い
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] A closed-loop proxy-intervention of epileptic seizures2020

    • 著者名/発表者名
      Takeuchi Y, Harangozo M, Pedraza L, Foldi T, Kozak G, Berenyi A
    • 学会等名
      IBRO Workshop 2020
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] The functional role of altered olfactory network synchrony in the development of depression2020

    • 著者名/発表者名
      Li Q, Takeuchi Y, Kozak G, Ohsawa M, Harangozo M, Berenyi A
    • 学会等名
      IBRO Workshop 2020
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Closed-loop manipulation of hippocampal ripples reduce persistent fear expression in animal model of posttraumatic-stress disorder2020

    • 著者名/発表者名
      Pedraza L, Sierra R, Takeuchi Y, Kozak G, Peijin A, Barcsai L, Berenyi A
    • 学会等名
      IBRO Workshop 2020
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Coding of self-motion-induced and self-independent visual motion in the rat dorsomedial striatum2020

    • 著者名/発表者名
      Nagy A, Takeuchi Y, Berenyi A
    • 学会等名
      IBRO Workshop 2020
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [図書] タウ・バイオロジー(細胞 2021.1)2021

    • 著者名/発表者名
      竹内雄一(分担執筆)
    • 総ページ数
      68
    • 出版者
      北隆館
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [図書] 神経難病の治療開発update(BIO Clinica 2020.8)2020

    • 著者名/発表者名
      竹内雄一(分担執筆)
    • 総ページ数
      106
    • 出版者
      北隆館
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [図書] てんかんの進歩(Medical Science Digest 2020.2)2020

    • 著者名/発表者名
      竹内雄一(分担執筆)
    • 総ページ数
      60
    • 出版者
      北隆館
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [図書] 神経精神疾患のイメージング(Medical Science Digest 2020.6)2020

    • 著者名/発表者名
      竹内雄一(分担執筆)
    • 総ページ数
      88
    • 出版者
      北隆館
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [備考] researchmap

    • URL

      https://researchmap.jp/ytake/

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書 2019 実績報告書
  • [備考] 個人ホームページ

    • URL

      https://ytake.org/

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書 2019 実績報告書
  • [学会・シンポジウム開催] Symposium: Cutting-edge closed-loop and non-invasive brain stimulation technologies for neurological and psychiatric disorders2020

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書

URL: 

公開日: 2019-04-18   更新日: 2021-12-27  

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