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光遺伝学とマウスfMRIを用いた脳領域間の動的結合特性の解析

公募研究

研究領域メゾスコピック神経回路から探る脳の情報処理基盤
研究課題/領域番号 25115726
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
研究機関慶應義塾大学

研究代表者

高田 則雄  慶應義塾大学, 医学部, 特任講師 (50415212)

研究期間 (年度) 2013-04-01 – 2015-03-31
研究課題ステータス 完了 (2014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)
2014年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
2013年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
キーワード光遺伝学 / 海馬 / マウス / fMRI / 機能的MRI / オプトジェネティクス / 神経細胞
研究実績の概要

本研究では「脳領域間の動的結合特性」の解明を目的としている。具体的には、脳の状態(脳波)に依存して、海馬活動が伝播する脳領域が異なるかどうか、つまり海馬が脳状態に応じて異なる脳領域間ネットワークを形成しているか明らかにする。そのために初年度には、麻酔下マウスを対象として機能的MRI(fMRI)計測を行いながら、海馬神経細胞を光活性化できる系を構築した。またヒトfMRIデータ解析用に構築された解析ソフト(spm)をマウスfMRIデータにも適用できるようにパラメータを最適化した。この結果、海馬を光活性化した時に応答する脳領域を全脳探索することに成功し、論文発表した。具体的には光感受性陽イオンチャネルChR2を海馬CA1錐体神経細胞特異的に発現する遺伝子改変マウスを用いて、海馬の背側あるいは腹側への光照射によって活性化させ、これに応答(BOLD信号)する脳領域群を特定した。興味深いことに、BOLD信号の大きさと、海馬の遠心性軸索線維の多寡とは一致しない場合があることを見出した。つまり海馬CA1錐体神経細胞からの直接の神経線維投射が存在しない海馬歯状回やCA3領域でもBOLD応答が生じていた。この結果は、脳のある部位が活性化した時に、大きな影響を受ける脳部位を予測するには神経線維投射の知識だけでは十分でないことを示唆する。以上の結果は論文として発表した(10.1371/journal.pone.0121417)。現在は覚醒下マウスから取得したデータを解析し、麻酔下で得られた結果と比較している。

現在までの達成度 (段落)

26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

26年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2014 実績報告書
  • 2013 実績報告書
  • 研究成果

    (17件)

すべて 2015 2014 2013 その他

すべて 雑誌論文 (9件) (うち査読あり 6件、 謝辞記載あり 2件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (8件) (うち招待講演 3件)

  • [雑誌論文] Identification of the extent of cortical spreading depression propagation by Npas4 mRNA expression2015

    • 著者名/発表者名
      Keitaro Yoshida, Ming Xu, Akiyo Natsubori, Masaru Mimura, Norio Takata, Kenji F Tanaka
    • 雑誌名

      Neuroscinece Research

      巻: - ページ: 1-8

    • DOI

      10.1016/j.neures.2015.04.003

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Adaptive changes of extracellular amino acid concentrations in mouse dorsal striatum by 4-AP-induced cortical seizures2015

    • 著者名/発表者名
      Terumi Nagai, Norio Takata, Yoshiaki Shinohara, Hajime Hirase
    • 雑誌名

      Neuroscience

      巻: 295 ページ: 229-236

    • DOI

      10.1016/j.neuroscience.2015.03.043

    • NAID

      120006386964

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Optogenetic Activation of CA1 Pyramidal Neurons at the Dorsal and Ventral Hippocampus Evokes Distinct Brain-Wide Responses Revealed by Mouse fMRI.2015

    • 著者名/発表者名
      N, Yoshida K, Komaki Y, Xu M, Sakai Y, Hikishima K, Mimura M, Okano H, Tanaka KF.
    • 雑誌名

      PLoS One

      巻: 10 号: 3 ページ: e0121417-e0121417

    • DOI

      10.1371/journal.pone.0121417

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Astroglial Glutamate Transporter Deficiency Increases Synaptic Excitability and Leads to Pathological Repetitive Behaviors in Mice.2015

    • 著者名/発表者名
      Aida T, Yoshida J, Nomura M, Tanimura A, Iino Y, Soma M, Bai N, Ito Y, Cui W, Aizawa H, Yanagisawa M, Nagai T, Takata N, Tanaka KF, Takayanagi R, Kano M, Gotz M, Hirase H, Tanaka K.
    • 雑誌名

      Neuropsychopharmacology

      巻: in press 号: 7 ページ: 1660-1660

    • DOI

      10.1038/npp.2015.26

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Imaging of astrocytic activity in living rodents.2014

    • 著者名/発表者名
      Takata N, Shinohara Y, Ohkura M, Mishima T, Nakai J, *Hirase H
    • 雑誌名

      Neuromethods

      巻: 85 ページ: 191-207

    • DOI

      10.1007/978-1-62703-785-3_12

    • ISBN
      9781627037846, 9781627037853
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 光遺伝学とマウスfMRIとを融合させた脳領域間作用の解析2014

    • 著者名/発表者名
      高田則雄
    • 雑誌名

      細胞工学

      巻: 33 ページ: 281-285

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [雑誌論文] Cerebral blood flow modulation by basal forebrain or whisker stimulation can occur independent of large cytosolic Ca2+ signaling in astrocytes2013

    • 著者名/発表者名
      Norio Takata, Terumi Nagai, Katsuya Ozawa, Yuki Oe, Katsuhiko Mikoshiba, Hajime Hirase
    • 雑誌名

      PLoS ONE

      巻: 8 号: 6 ページ: e66525-e66525

    • DOI

      10.1371/journal.pone.0066525

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] in vivoでグリアを見る・操作するための機能遺伝子発現方法2013

    • 著者名/発表者名
      田中謙二、高田則雄、三村將
    • 雑誌名

      実験医学

      巻: 31 ページ: 1736-1741

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [雑誌論文] 精神疾患の解明に貢献する脳科学技術の進歩 オプトジェネティクスと精神医学2013

    • 著者名/発表者名
      田中謙二、高田則雄、三村將
    • 雑誌名

      精神神経学

      巻: 115 ページ: 1211-1215

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] アストロサイト光刺激による非侵襲的な神経活動の操作2014

    • 著者名/発表者名
      吉田慶多朗、徐明、三村將、高田則雄、田中謙二
    • 学会等名
      第37回日本神経科学会
    • 発表場所
      パシフィコ横浜
    • 年月日
      2014-09-13
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] 光遺伝学とマウスfMRIを融合させた脳領域間相互作用の解析2014

    • 著者名/発表者名
      高田則雄
    • 学会等名
      第6回光操作研究会
    • 発表場所
      東北大学
    • 年月日
      2014-08-22
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] 前脳基底部刺激および感覚刺激はアストロサイトCa2+シグナルとは独立に脳血流変化を起こす

    • 著者名/発表者名
      高田則雄、永井てるみ、小澤克也、御子柴克彦、平瀬肇
    • 学会等名
      第36回日本神経科学会
    • 発表場所
      京都国際会館
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] マウスfMRIと光遺伝学とを組み合わせた脳活動伝播計測系の構築

    • 著者名/発表者名
      吉田慶多朗、小牧裕司、徐明、疋島啓吾、岡野栄之、三村將、田中謙二、高田則雄
    • 学会等名
      第36回日本神経科学会
    • 発表場所
      京都国際会館
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] Quantifying efferent connectivity of dorsal and ventral hippocampus with opto-fMRI.

    • 著者名/発表者名
      Norio TAKATA
    • 学会等名
      International symposium on Optogenetics
    • 発表場所
      Mita, Keio Univ.
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 光遺伝学と機能的MRIとを用いたグリア細胞研究

    • 著者名/発表者名
      高田則雄
    • 学会等名
      第15回応用薬理シンポジウム
    • 発表場所
      品川コクヨホール
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Dorsal and ventral hippocampal CA1 pyramidal neurons activate distinct brain area: optogenetic investigation using mouse fMRI

    • 著者名/発表者名
      Norio Takata, Yuji Komaki, Yuki Sakai, Keitaro Yoshida, Ming Xu, Keigo Hikishima, Hideyuki Okano, Masaru Mimura, Kenji Tanaka
    • 学会等名
      Society for Neuroscience 43rd annual meeting
    • 発表場所
      San Diego Convention Center(米国)
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] 光遺伝学とマウスfMRIを用いた脳領域間の結合特性の解析

    • 著者名/発表者名
      高田則雄
    • 学会等名
      東京工業大学脳研究会講演会
    • 発表場所
      東京工業大学すずかけキャンパス(神奈川県)
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 招待講演

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公開日: 2013-05-15   更新日: 2019-07-29  

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