「個性」創発の神経基盤解明にむけた網羅的な神経回路イメージング解析技術の開発

2020 年度 実績報告書

• 研究領域: 多様な「個性」を創発する脳システムの統合的理解
• 研究課題/領域番号: 16H06532
• 研究機関: 徳島文理大学
• 研究代表者: 冨永 貴志 徳島文理大学, 神経科学研究所, 教授 (20344046)
• 研究分担者: 種村 健太郎 東北大学, 農学研究科, 教授 (20332322) ; 梶原 利一 明治大学, 理工学部, 専任准教授 (60356772) ; 高島 一郎 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 情報・人間工学領域, 上級主任研究員 (90357351)
• 研究期間 (年度): 2016-06-30 – 2021-03-31
• キーワード: VSDイメージング / 脳回路可視化 / 行動プロファイリング / E/Iバランス

研究実績の概要

ヒトの行動の多様性を担保する「個性」創発の脳内メカニズムを知る手法として、実験動物の脳神経回路機能を計測評価する技術を開発し、特にA02項目の研究班に計測手法を提供するとともに、A03項目のデータベースにデータを提供し、A01項目のヒトの「個性」創発機構の解明に資することを目的とした。神経回路における「個性」の計測は現在の測定技術の精度を超えている。そこで、より強調された「個性」として、化学物質の胎生期・発達期ばく露モデルマウスを使うことを企画した。脳内メカニズムの候補としてシナプスの興奮／抑制（E/I）バランスの変化がもたらす、脳領野間の連携の変化を考えた。このような変化を定量的に捉える手段として膜電位感受性色素（VSD）によるイメージングと行動プロファイリングの組合せとを組合せた網羅的な行動－神経回路活動計測法を開発した。強調された「個性」を計測の基準軸として、A02項目と連携し、「個性」の計測評価を行う。遅発中枢影響がよく知られているバルプロ酸、ビスフェノールなどの物質や、他の神経作動性化合物の周産期投与モデルでの定量的評価を進めた。また、異なるタイプの評価比較モデル系として一般に「性質」が異なるといわれている近郊系実験用マウスの評価を進め性質の違いに結びつく神経回路動作の差異を抽出した。その一方、計測装置の改良を進め、より広い視野での回路計測をする実験系を構築、無染色標本での新規の光信号の計測を成功させた。一方、海馬以外の評価神経回路として、嗅内野（EC）、嗅周囲皮質（PC）、嗅周囲皮質（PC）、前帯状皮質（ACC）の神経回路活動のデータを集積した。モデル系の構築、海馬神経回路での計測の精度とスループット性の向上、新規の計測系の構築を進めた。また、海馬以外の神経回路として、EC、PC、上位の情報処理機構と関係するACCにおいて、回路動作のカタログ化を進めた。

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

• [国際共同研究] Imperial Colledge London(英国)
  • 国名: 英国
  • 外国機関名: Imperial Colledge London
• [国際共同研究] Woods Hole Marine Biological Laboratory(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: Woods Hole Marine Biological Laboratory
• [国際共同研究] Mount Sainai Hospital(カナダ)
  • 国名: カナダ
  • 外国機関名: Mount Sainai Hospital
• [雑誌論文] RNA干渉でみえてきたゾウリムシが機械刺激に対して逃走反応を引き起こすしくみ (2022)
  • 著者名/発表者名: 掘学,石田正樹,冨永貴志
  • 雑誌名: 生物物理 巻: 62 ページ: 114-115
  • DOI: 10.2142/biophys.62.114
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 膜電位イメージングで見えるようになったもの (2021)
  • 著者名/発表者名: 冨永貴志、梶原利一、冨永洋子
  • 雑誌名: 生物物理 巻: 61 ページ: 404-408
  • DOI: 10.2142/biophys.61.404
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] A Functional Aqp1 Gene Product Localizes on The Contractile Vacuole Complex in Paramecium multimicronucleatum. (2021)
  • 著者名/発表者名: Ishida M, Hori M, Ooba Y, Kinoshita M, Matsutani T, Naito M, Hagimoto T, Miyazaki K, Ueda S, Miura K, Tominaga T.
  • 雑誌名: Journal of Eukaryotic Microbiology 巻: e12843 ページ: 1-11
  • DOI: 10.1111/jeu.12843
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Structural Plastic Changes of Cortical Gray Matter Revealed by Voxel-Based Morphometry and Histological Analyses in a Monkey Model of Central Post-Stroke Pain (2021)
  • 著者名/発表者名: Kazuaki Nagasaka, Kiyotaka Nemoto, Ichiro Takashima, Daigo Bando, Keiji Matsuda, Noriyuki Higo
  • 雑誌名: Cerebral Cortex 巻: 31(10) ページ: 4439-4449
  • DOI: 10.1093/cercor/bhab098
  • 査読あり
• [雑誌論文] Time- and area-dependent macrophage/microglial responses after focal infarction of the macaque internal capsule (2021)
  • 著者名/発表者名: Junpei Kato, Yumi Murata, Ichiro Takashima, Noriyuki Higo
  • 雑誌名: Neuroscience Research 巻: 170 ページ: 350-359
  • DOI: 10.1016/j.neures.2020.12.001
  • 査読あり
• [雑誌論文] Behavioural effects in mice orally exposed to domoic acid or ibotenic acid are influenced by developmental stages and sex differences (2021)
  • 著者名/発表者名: Sasaki T, Saito H, Hiradate Y, Hara K, *Tanemura K
  • 雑誌名: Biochemical and Biophysical Research Communications 巻: 558 ページ: 175-182
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2021.04.080
  • 査読あり
• [雑誌論文] Development of a new in vitro assay system for evaluating the effects of chemicals on DNA methylation. (2021)
  • 著者名/発表者名: Ideta-Otsuka M, Miyai M, Yamamoto N, Tsuchimoto A, Tamura H, Tanemura K, Shibutani M, Igarashi K
  • 雑誌名: The Journal of Toxicological Sciences 巻: 46(2) ページ: 83-90
  • DOI: 10.2131/jts.46.83
  • 査読あり
• [雑誌論文] Expression and Possible Role of Nicotinic Acetylcholine Receptor ε Subunit (AChRe) in Mouse Sperm (2021)
  • 著者名/発表者名: Makino Y, Hiradate Y, Umezu K, Hara K, *Tanemura K
  • 雑誌名: Biology 巻: 10(1) ページ: 46
  • DOI: 10.3390/biology10010046
  • 査読あり
• [雑誌論文] Expression and localization of alpha-tubulin N-acetyltransferase 1 in the reproductive system of male mice. (2021)
  • 著者名/発表者名: Yanai R, Yamashita Y, Umezu K, Hiradate Y, Hara K, *Tanemura K
  • 雑誌名: Journal of Reproduction and Development 巻: 67(1) ページ: 59-66
  • DOI: 10.1262/jrd.2020-110
  • 査読あり
• [雑誌論文] Lesions of the nucleus basalis magnocellularis (Meynert) induce enhanced somatosensory responses and tactile hypersensitivity in rats (2021)
  • 著者名/発表者名: Shinnosuke Dezawa, Kazuaki Nagasaka, Yumiko Watanabe, Ichiro Takashima
  • 雑誌名: Experimental Neurology 巻: 335 ページ: 113493
  • DOI: 10.1016/j.expneurol.2020.113493
  • 査読あり
• [雑誌論文] Cortical direct current stimulation improves signal transmission between the motor cortices of rats. (2021)
  • 著者名/発表者名: Nobuo Kunori, Ichiro Takashima
  • 雑誌名: Neuroscience Letters 巻: 741 ページ: 135492
  • DOI: 10.1016/j.neulet.2020.135492
  • 査読あり
• [雑誌論文] Perirhinal cortex area 35 controls the functional link between the perirhinal and entorhinal‐hippocampal circuitry. (2020)
  • 著者名/発表者名: Kajiwara, R. & Tominaga, T.
  • 雑誌名: BioEssays 巻: 43(3) ページ: 2000084
  • DOI: 10.1002/bies.202000084
  • 査読あり
• [雑誌論文] Roles of Adenylate Cyclases in Ciliary Responses of Paramecium to Mechanical Stimulation (2020)
  • 著者名/発表者名: Kawano, M., Tominaga, T., Ishida, M., Hori, M*.
  • 雑誌名: Journal of Eukaryotic Microbiology 巻: 67(5) ページ: 532-540
  • DOI: 10.1111/jeu.12800
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Down syndrome cell adhesion molecule like-1 (DSCAML1) links the GABA system and seizure susceptibility. (2020)
  • 著者名/発表者名: Hayase, Y., Amano, S., Hashizume, K., Tominaga, T., Miyamoto, H., Kanno, Y., .. Hoshino M.
  • 雑誌名: Acta Neuropathologica Commun 巻: 8 ページ: 206
  • DOI: 10.1186/s40478-020-01082-6
  • 査読あり
• [雑誌論文] Optogenetic Manipulation of Postsynaptic cAMP Using a Novel Transgenic Mouse Line Enables Synaptic Plasticity and Enhances Depolarization Following Tetanic Stimulation in the Hippocampal Dentate Gyrus (2020)
  • 著者名/発表者名: Luyben, T., Rai, J., Li, H., Georgiou, J., Avila, A., Zhen, M., Collingridge, G., Tominaga, T., Okamoto, K.*
  • 雑誌名: Frontiers in Neural Circuits 巻: 14 ページ: 24
  • DOI: 10.3389/fncir.2020.00024
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Birefringence changes of dendrites in mouse hippocampal slices revealed with polarizing microscopy. (2020)
  • 著者名/発表者名: Koike-Tani, M., Tominaga, T., Oldenbourg, R., Tani, T.
  • 雑誌名: Biophysical Journal 巻: 118 ページ: 2366-2384
  • DOI: 10.1016/j.bpj.2020.03.016
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Effect of vitamin E deficiency on spermatogenesis in mice and its similarity to aging (2020)
  • 著者名/発表者名: Hirokatsu Saito, Kenshiro Hara, Satoshi Kitajima, Kentaro Tanemura
  • 雑誌名: Reproductive Toxicology 巻: 98 ページ: 225-232
  • DOI: 10.1016/j.reprotox.2020.10.003
  • 査読あり
• [雑誌論文] Characteristics and Possible Role of Bovine Sperm Head-to-Head Agglutination (2020)
  • 著者名/発表者名: Kohei Umezu, Shouhei Kurata, Hironori Takamori, Takashi Numabe, Yuuki Hiradate, Kenshiro Hara, Kentaro Tanemura
  • 雑誌名: Cells 巻: 9(8) ページ: 1865
  • DOI: 10.3390/cells9081865
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effect of neurotensin on cultured mouse preimplantation embryos (2020)
  • 著者名/発表者名: Yuki HIRADATE, Kenshiro HARA, Kentaro TANEMURA
  • 雑誌名: The Journal of Reproduction and Development 巻: 66(5) ページ: 421-425
  • DOI: 10.1262/jrd.2020-002
  • 査読あり
• [雑誌論文] Stromal cell-derived factor 1 regulates in vitro sperm migration towards the cumulus-oocyte complex in cattle (2020)
  • 著者名/発表者名: Kohei Umezu, Kenshiro Hara, Yuuki Hiradate, Takashi Numabe, Kentaro Tanemura
  • 雑誌名: PLoS ONE 巻: 15(4) ページ: e0232536
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0232536
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Suppression of mosaic mutation by co-delivery of CRISPR associated protein 9 and three-prime repair exonuclease 2 into porcine zygotes via electroporation (2020)
  • 著者名/発表者名: Shiro YAMASHITA, Yuhei KOGASAKA, Yuuki HIRADATE, Kentaro TANEMURA, Yutaka SENDAI
  • 雑誌名: Journal of Reproduction and Development 巻: 66(1) ページ: 41-48
  • DOI: 10.1262/jrd.2019-088
  • 査読あり
• [雑誌論文] Brain Temperature Alters Contributions of Excitatory and Inhibitory Inputs to Evoked Field Potentials in the Rat Frontal Cortex (2020)
  • 著者名/発表者名: Mizuho Gotoh, Kazuaki Nagasaka, Mariko Nakata, Ichiro Takashima, Shinya Yamamoto
  • 雑誌名: Frontiers in Cellular Neuroscience 巻: 14 ページ: 593027
  • DOI: 10.3389/fncel.2020.593027
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Brain activity changes in a monkey model of central post-stroke pain (2020)
  • 著者名/発表者名: Kazuaki Nagasaka, Ichiro Takashima, Keiji Matsuda, Noriyuki Higo
  • 雑誌名: Experimental Neurology 巻: 323 ページ: 113096
  • DOI: 10.1016/j.expneurol.2019.113096
  • 査読あり
• [学会発表] Quantitative detection of the effect on neuronal responses in tri-synapses with the acute application of bisphenol-A-related substances on hippocampal slices with voltage-sensitive dye (VSD) (2021)
  • 著者名/発表者名: Y. TOMINAGA, M. TAKETOSHI, K. TANEMURA, *T. TOMINAGA
  • 学会等名: Society for Neuroscience, Neuroscience 2021
  • 国際学会
• [学会発表] In vitro assay for seizure liability using voltage-sensitive dye imaging (VSDI) in the mouse hippocampus (2021)
  • 著者名/発表者名: Y. UTSUMI, M. TAKETOSHI, N. OHARA, M. MIWA, Y. TOMINAGA, T. TOMINAGA,
  • 学会等名: Society for Neuroscience, Neuroscience 2021
  • 国際学会
• [学会発表] Membrane voltage imaging: Bird’s-eye survey of the brain activity in one-time events when individuality emerges (2021)
  • 著者名/発表者名: T Tominaga
  • 学会等名: The 80th Fujihara Seminar
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] A novel in vitro assay for seizure prediction using voltage-sensitive dye imaging (VSDI) in the mouse hippocampus (2021)
  • 著者名/発表者名: Yuichi Utsumi, Makiko Taketoshi, Nana Ohara, Michiko Miwa, Yoko Tominaga and Takashi Tominaga
  • 学会等名: The 80th Fujihara Seminar
  • 国際学会
• [学会発表] Acute neuroinflammation induced by short-term treatment with Cuprizone leads to behavioral disorders similar to schizophrenia (2021)
  • 著者名/発表者名: Kyoka Tsukuda, Takashi Kubota, Aoi Chiba, Takashi Tominaga, Yasushi Kishimoto & Kentaro Nakashima
  • 学会等名: The 80th Fujihara Seminar
  • 国際学会
• [学会発表] Transgenerational epigenetic effects of testicular histone hyperacetylation in mice (2021)
  • 著者名/発表者名: Kazuya Sakai, Takashi Tominaga, Kenshiro Hara, and Kentaro Tanemura
  • 学会等名: The 80th Fujihara Seminar
  • 国際学会
• [学会発表] マウス前頭前野の同側，反対側への神経活動伝播の膜電位感受性色素による機能的解剖 (2021)
  • 著者名/発表者名: 冨永 貴志、グサイン プージャ、竹歳 麻紀子、冨永 洋子
  • 学会等名: 第44回日本神経科学大会CJK第1回国際大会
  • 国際学会
• [学会発表] 膜電位感受性色素( VSD)イメージングによる in vitro痙攣リスク予測 (2021)
  • 著者名/発表者名: 内海 雄一、竹歳 麻紀子、小原 菜夏、三輪 倫子、冨永 洋子、冨永 貴志
  • 学会等名: 第44回日本神経科学大会CJK第1回国際大会
  • 国際学会
• [学会発表] Cuprizone短期投与による脳内炎症モデルマウスは統合失調症様行動障害を示す (2021)
  • 著者名/発表者名: 佃 京華、窪田 剛志、千葉 葵、冨永 貴志、岸本 泰司、中島 健太郎
  • 学会等名: 第44回日本神経科学大会CJK第1回国際大会
  • 国際学会
• [学会発表] 抑制性シナプス抑制因子MDGA1のヘミ欠損は海馬 LTPの低下と学習・記憶異常を引き起こすが、サイクロセリンの急性投与により回復する (2021)
  • 著者名/発表者名: 山本 融、尾嶋 大喜、多田 篤史、田之上 優、黒川 直弘、窪田 剛志、高橋 弘雄、岸本 泰司、冨永 貴志
  • 学会等名: 第44回日本神経科学大会CJK第1回国際大会
  • 国際学会
• [学会発表] 電位感受性色素（VSD）による全神経回路活動計測の開発：海馬スライス標本へのビスフェノールA関連物質の急性投与 (2021)
  • 著者名/発表者名: 冨永 貴志, 竹歳 麻紀子, 種村 健太郎, 冨永 洋子
  • 学会等名: 第48回日本毒性学会学術年会
• [学会発表] 電位感受性色素（VSD）イメージングによるinvitro痙攣リスク評価法の開発 (2021)
  • 著者名/発表者名: 内海 雄一, 竹歳 麻紀子, 小原 菜夏, 三輪 倫子, 冨永 洋子, 冨永 貴志
  • 学会等名: 第48回日本毒性学会学術年会
• [学会発表] A mouse model of neuroinflammation induced by short-term exposure to Cuprizone show behavioral symptoms similar to schizophrenia Cuprizone 短期投与脳内炎症モデルマウスは統合失調症様精神行動障害を示す (2021)
  • 著者名/発表者名: 佃 京華, 窪田剛志, 千葉 葵, 冨永 貴志, 岸本 泰司, 中島 健太郎
  • 学会等名: 日本生物物理学会 中国四国支部大会(第12回)
• [学会発表] 膜電位感受性色素(VSD)イメージングによる in vitro 痙攣リスクアッセイ法による周産期バルプロ酸投与動物でのリスク評価の試み (2021)
  • 著者名/発表者名: 小原菜夏,内海雄一,竹歳麻紀子,三輪倫子,佃京華 冨永洋子,中島健太郎, 冨永貴志
  • 学会等名: 日本生物物理学会 中国四国支部大会(第12回)
• [学会発表] Optical membrane potential recordings with voltage-sensitive dye (VSD) enabling recordings of rare and unique neuronal activity patterns (2020)
  • 著者名/発表者名: Y Tominaga, R Kajiwara, T Tominaga
  • 学会等名: Society for Neuroscience, Global Connectome (Online)
  • 国際学会
• [学会発表] Imaging analysis of the long-term potentiation of the mouse hippocampal activityマウス海馬の長期増強を膜電位感受色素によるイメージングで観察する (2020)
  • 著者名/発表者名: 冨永 洋子, 竹歳 麻紀子, 冨永 貴志
  • 学会等名: 第58回日本生物物理学会
• [学会発表] 発達期および成体期におけるマウス嗅皮質神経回路の膜電位イメージング解析 (2020)
  • 著者名/発表者名: 待田 燿子 , 山田 悠太 , 冨永 貴志 , 梶原 利一
  • 学会等名: 第43回日本神経科学大会（
• [学会発表] 単回頻回の膜電位感受性色素( VSD)による広視野可視化法 は神経回路の特異な活動や振動現象の発見に役立つ (2020)
  • 著者名/発表者名: 冨永 貴志、梶原 利一、冨永 洋子
  • 学会等名: 第43回日本神経科学大会
• [学会発表] VSDイメージングによる神経回路毒性の網羅的評価 (2020)
  • 著者名/発表者名: 冨永 貴志, 冨永 洋子
  • 学会等名: 第47回日本毒性学会学術年会
  • 招待講演
• [図書] 個性を見る/個性創発の科学 (2021)
  • 著者名/発表者名: 冨永貴志/保前文高・大隅典子編
  • 総ページ数: 232
  • 出版者: 朝倉書店
  • ISBN: 978-4-254-10295-6
• [備考] 徳島文理大学神経科学研究所Laboratory for Neural Circuit Systems
  • URL: https://www.bunri-u.ac.jp/ins/lncs.html
• [備考] 徳島文理大学神経科学研究所
  • URL: https://www.bunri-u.ac.jp/ins/