| 研究課題/領域番号 |
15KT0082
|
|---|
| 研究機関 | 同志社大学 |
|---|
研究代表者 |
川口 真也 同志社大学, 研究開発推進機構, 准教授 (00378530)
|
|---|
| 研究期間 (年度) |
2015-07-10 – 2019-03-31
|
| キーワード | 培養神経細胞 / 学習 / 光刺激 / イメージング / 神経回路 / シナプス可塑性 |
|---|
| 研究実績の概要 |
動物の学習・記憶に代表される環境適応能は、外界からの入力に対応して神経ネットワークが自己組織的に形成され、また経験に応じて最適化されることにより確立する。しかし、神経系があまりに複雑なネットワークであり、その中には多くの可塑的性質が含有されるため、その理解は困難を極める。そこで本研究では、単純な神経回路に「学習能」を構成的に作り出し、それを可能にする神経細胞の基礎メカニズムを明らかにすることにより、神経系の適応的変化の本質を焙り出すことを目指す。具体的には、限られた数・種類の神経細胞が自律的に形成する培養神経回路に、電気や光で選択的に刺激することで外部環境入力を代替し、また培養下にある一部の神経細胞活動を蛍光イメージングにより記録して出力信号を得る。この出力を変換して再度刺激として神経回路に戻すことにより、厳密にコントールした外部環境と神経回路のループ構造を構成し、神経回路がもつ柔軟性の秘訣に迫ろうとすることが本研究の特徴である。
本年度は、これまで開発を続けていた細胞膜電位の変化を光で検出する膜電位イメージングプローブ分子をさらに改良して時間追従性を向上させ、100Hzという高頻度の活動電位を正確に捕捉することに成功した。さらに、シナプス電位も興奮性・抑制性ともに時空間計測することが出来るようになり、紫外光刺激により伝達物質を局所的に投与してシナプス可塑性を誘導し、そのシナプス電位の変化を光で計測して可塑性の時空間パターンを明らかにすることが出来た。一連の研究結果から、培養下の神経細胞・ネットワークの動態をリアルタイムに忠実に捕捉し、またその機能変化を自在にコントロールして捕捉することが可能になったと考えている。
|
| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
時間追従性が向上した細胞膜電位の変化を光で検出する膜電位イメージングプローブ分子は事実上世界最先端のレベルに位置するもので、神経細胞の活動を非侵襲的に持続して計測することを可能にする有用なものを確立できている。また、この膜電位イメージングは、活動電位とシナプス電位を区別することが可能で、シナプスの可塑的変化を光で計測することまで可能になってきた。この新規技術は、培養下の神経細胞・ネットワークの動態をリアルタイムに忠実に捕捉し、またその機能変化を自在にコントロールして捕捉することを可能にする着実な研究進展である。
|
| 今後の研究の推進方策 |
これまでの研究開発により、極めて高精度化できた細胞膜電位イメージングプローブを駆使して、実際に培養皿上の神経ネットワークの活動を経時的に実時間計測して、それをもとに機械をコントロールするための情報を抽出することに挑戦する。また、紫外光の刺激により、神経細胞間の情報伝達の可塑性を自在にコントロールできることを利用して、神経ネットワークの情報演算を変化させ、それが機械制御にどのような影響を与え得るか、について理論的な解析を始める。これにより、培養神経ネットワークと機械制御を橋渡しするアルゴリズムの最適化を図ることを考えている。
|
| 次年度使用額が生じた理由 |
実験に使用する薬品・消耗品の節約を図った。また、年度途中で次春に研究機関を異動する見込みが発生したため、当初予定していた機器購入にかかる経費について、機関間での移管が難しい他の予算を充当することとし、基金化されている本研究課題の利点を活かして、機関異動後の有効な研究費活用を図ることとした。
|
| 次年度使用額の使用計画 |
既に整備できている実験機器類に加えて、研究機関異動後に新たに必要となる機器の整備を行うとともに、実験場所の変更に伴う消耗品・試薬類の購入に充当することを計画している。
|
