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霊長類の行動タイミングを制御する後頭頂葉と高次運動野の神経活動連関の光計測と制御

公募研究

研究領域時間生成学―時を生み出すこころの仕組み
研究課題/領域番号 19H05307
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
研究機関東京大学

研究代表者

蝦名 鉄平  東京大学, 大学院医学系研究科(医学部), 助教 (30611206)

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
6,240千円 (直接経費: 4,800千円、間接経費: 1,440千円)
2020年度: 3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円)
2019年度: 2,990千円 (直接経費: 2,300千円、間接経費: 690千円)
キーワードマーモセット / カルシウムイメージング / 光遺伝学 / 前肢運動課題 / 2光子イメージング
研究開始時の研究の概要

環境の情報を手掛かりに、その後の行動を決定するためには環境の変化を予測して、適切な行動を適当なタイミングで実行する必要がある。タイミングを計っている時には脳の様々な領域で活動がみられるが、環境からの入力がどのようにこれらの神経活動を誘発して、適切なタイミングで行動を起こす事ができるようになるのかについてはよくわかっていない。
本申請計画では、環境の情報をもとに行動タイミングを決定するための大脳皮質領域間の情報フローを2光子イメージングと光遺伝学による神経活動操作法を用いて実際に小型霊長類コモン・マーモセットのの大脳皮質で計測し、検証する事を目的とする。

研究実績の概要

環境の情報を手掛かりにして、その後の行動を決定するためには環境の変化を予測して、適切な行動を適当なタイミングで実行する必要がある。タイミングを計っている時には脳の様々な領域で活動がみられるが、環境からの入力がどのようにこれらの神経活動を誘発して、適切なタイミングで行動を起こす事ができるようになるのかについてはよくわかっていない。本研究では、環境情報を手掛かりに、適切な行動を、そのタイミングを調整しながら実行するために必要であると予想されている、後頭頂葉から高次運動野への情報フローをカルシウムイメージングと光遺伝学による神経活動操作法を用いて実際に霊長類の大脳皮質で計測し、検証する事を目的とする。
2020年度は、主にコモン・マーモセットを対象として新規の運動課題を開発した。この課題でマーモセットを訓練した結果、環境の情報が少ないと課題の成功率が下がり、行動タイミングのばらつきが大きくなる事を確認した。また、運動課題中に大脳皮質の運動関連領域で1光子カルシウムイメージングによって神経活動を同時に記録するための方法を確立した。1光子イメージングした領域を2光子イメージングする事によって同一の個体から領域~細胞レベルの空間分解能で大脳皮質運動野の活動を計測する事が可能となり、今後はこれらの技術によって、行動タイミングを制御する脳領域の活動がどのような細胞集団活動の結果として生じているのかを明らかにしたいと考えている。

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

    (8件)

すべて 2021 2020 2019

すべて 雑誌論文 (4件) (うち国際共著 1件、 査読あり 4件、 オープンアクセス 4件) 学会発表 (4件) (うち国際学会 1件)

  • [雑誌論文] Tb3+-doped fluorescent glass for biology2021

    • 著者名/発表者名
      Okamoto Kazuki、Ebina Teppei、Fujii Naoki、Konishi Kuniaki、Sato Yu、Kashima Tetsuhiko、Nakano Risako、Hioki Hiroyuki、Takeuchi Haruki、Yumoto Junji、Matsuzaki Masanori、Ikegaya Yuji
    • 雑誌名

      Science Advances

      巻: 7 号: 2 ページ: 1-8

    • DOI

      10.1126/sciadv.abd2529

    • 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] Structural dynamics and stability of corticocortical and thalamocortical axon terminals during motor learning2020

    • 著者名/発表者名
      Hasegawa Ryota、Ebina Teppei、Tanaka Yasuhiro R.、Kobayashi Kenta、Matsuzaki Masanori
    • 雑誌名

      PLOS ONE

      巻: 15 号: 6 ページ: e0234930-e0234930

    • DOI

      10.1371/journal.pone.0234930

    • 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] Common marmoset as a model primate for study of the motor control system2020

    • 著者名/発表者名
      Matsuzaki Masanori、Ebina Teppei
    • 雑誌名

      Current Opinion in Neurobiology

      巻: 64 ページ: 103-110

    • DOI

      10.1016/j.conb.2020.02.013

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書 2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Arm movements induced by noninvasive optogenetic stimulation of the motor cortex in the common marmoset2019

    • 著者名/発表者名
      Ebina Teppei、Obara Keitaro、Watakabe Akiya、Masamizu Yoshito、Terada Shin-Ichiro、Matoba Ryota、Takaji Masafumi、Hatanaka Nobuhiko、Nambu Atsushi、Mizukami Hiroaki、Yamamori Tetsuo、Matsuzaki Masanori
    • 雑誌名

      Proceedings of the National Academy of Sciences

      巻: 116 号: 45 ページ: 22844-22850

    • DOI

      10.1073/pnas.1903445116

    • 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] Two-photon calcium imaging in the motor cortex of non-human primates during movement tasks2020

    • 著者名/発表者名
      Masamizu, Y., Ebina, T., and Matsuzaki, M.
    • 学会等名
      The 9th RIEC International Symposium on Brain Functions and Brain Computer
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] Fluorescent glass pipettes for optically targeted electrophysiological recordings.2019

    • 著者名/発表者名
      Okamoto, K., Fuji, N., Ebina, T., Konishi, K., Sato, Y., Kashima, T., Nakano, R., Hioki, H., Takeuchi, H., Yumoto, J., Matsuzaki, M. and Ikegaya, Y.
    • 学会等名
      Neuroscience 2019
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Calcium imaging of the auditory mismatch negativity (aMMN) responses in common marmosets.2019

    • 著者名/発表者名
      Obara, K., Ebina, T., Masamizu, Y., Terada, S., Uka, T., Komatsu, M., Ichinohe, N., Watakabe, A., Mizukami, H., Yamamori, T., Kasai, K. and Matsuzaki, M.
    • 学会等名
      The 42th Annual Meeting of the Japan Neuroscience Society
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Upper-limb movements induced by optogenetic stimulation of the motor cortex in the common marmoset.2019

    • 著者名/発表者名
      Ebina, T., Obara, K., Masamizu, Y., Terada, S., Watakabe, A., Matoba R., Hatanaka, N., Nambu, A., Mizukami, H., Yamamori, T. and Matsuzaki, M.
    • 学会等名
      The 42th Annual Meeting of the Japan Neuroscience Society
    • 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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