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2017 年度 実績報告書

大規模計測と光操作の融合による海馬ニューロンの神経相関と投射構造の解明

研究課題

研究課題/領域番号 16K14554
研究機関東京大学

研究代表者

佐々木 拓哉  東京大学, 大学院薬学系研究科(薬学部), 助教 (70741031)

研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2018-03-31
キーワード海馬 / 光遺伝学 / テトロード電極 / 光操作 / 局所場電位
研究実績の概要

まずはすべての実験装置を揃え、in vivoマルチユニット記録法が確立することを目指した。本研究の終了期までには実験機器のセットアップ検討が終了し、方法論が確立できたと考えている。その後、従来の光遺伝学的手法にならい、チャネルロドプシン2を発現するウイルスベクターAAV5-CaMKII-ChR2をラットの背側海馬に注入した。ラットでの光遺伝学的ツールの実績は少ないが、本研究では発現を確認することができた。このように光に応答する脳領域に光ファイバーを介して光を照射し、その照射領域から直接、電気生理信号を得るための電極の開発を試みた。具体的には、マルチユニット計測のためのテトロード電極の先端と、光ファイバーの先端がほぼ同位置になるように両部品を接着させた。本ツールの作動状況を確認するため、光感受性分子を発現させた動物ではコストが大きすぎるため、まずは簡易的な動物モデルとして、光感受性分子を血管内に注入し、検討を行った。この条件下では脳血管へ光感受性分子ローズベンガルを注入すると、その部位の脳血管が閉塞し、神経活動が著しく変動する。この性質を利用して、光照射が確実に行えており、また脳活動に由来する電気生理信号が変動することを見出した。本研究成果の一部は、脳虚血における新しい生理メカニズムとしてNeuroscience Research誌に掲載された。また、これまでのところ、16本のテトロード電極と光ファイバーの併用法を確立している。電極を3週間程度かけて徐々に海馬の錐体細胞層まで到達させ、ChR2を発現した領域に光照射を行ったところ、光刺激のタイミングにロックした神経応答が見られた。ここで応答しているユニット(細胞)は、ChR2を発現した細胞であると推測される。ここまでの技術確立で、ようやく世界水準の生理学計測法に到達したと考えている。

  • 研究成果

    (10件)

すべて 2018 2017

すべて 雑誌論文 (5件) (うち査読あり 5件) 学会発表 (5件) (うち国際学会 1件、 招待講演 5件)

  • [雑誌論文] Monitoring brain neuronal activity with manipulation of cardiac events in a freely moving rat2018

    • 著者名/発表者名
      Shikano Yu、Ikegaya Yuji、Sasaki Takuya
    • 雑誌名

      Neuroscience Research

      巻: in press ページ: in press

    • DOI

      10.1016/j.neures.2018.02.004

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Temporally coordinated spiking activity of human induced pluripotent stem cell-derived neurons co-cultured with astrocytes2018

    • 著者名/発表者名
      Kayama Tasuku、Suzuki Ikuro、Odawara Aoi、Sasaki Takuya、Ikegaya Yuji
    • 雑誌名

      Biochemical and Biophysical Research Communications

      巻: 495 ページ: 1028~1033

    • DOI

      10.1016/j.bbrc.2017.11.115

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Dentate network activity is necessary for spatial working memory by supporting CA3 sharp-wave ripple generation and prospective firing of CA3 neurons2018

    • 著者名/発表者名
      Sasaki Takuya、Piatti Ver?nica C.、Hwaun Ernie、Ahmadi Siavash、Lisman John E.、Leutgeb Stefan、Leutgeb Jill K.
    • 雑誌名

      Nature Neuroscience

      巻: 21 ページ: 258~269

    • DOI

      10.1038/s41593-017-0061-5

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Spatial Representation of Hippocampal Place Cells in a T-Maze with an Aversive Stimulation2017

    • 著者名/発表者名
      Okada Sakura、Igata Hideyoshi、Sasaki Takuya、Ikegaya Yuji
    • 雑誌名

      Frontiers in Neural Circuits

      巻: 11 ページ: 101

    • DOI

      10.3389/fncir.2017.00101

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Simultaneous Recordings of Central and Peripheral Bioelectrical Signals in a Freely Moving Rodent2017

    • 著者名/発表者名
      Sasaki Takuya、Nishimura Yuya、Ikegaya Yuji
    • 雑誌名

      Biological and Pharmceutical Bulletin

      巻: 40 ページ: 711~715

    • DOI

      10.1248/bpb.b17-00070

    • 査読あり
  • [学会発表] Revealing brain-body circuits using large-scale electrophysiological recordings2017

    • 著者名/発表者名
      Takuya Sasaki
    • 学会等名
      Nepal-Japan symposium on Neuroscience and Medicine in conjunction with 2nd annual meeting of the Neuroscience society of Nepal
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 海馬リップル波の発生機構と生理的意義の解析2017

    • 著者名/発表者名
      佐々木拓哉
    • 学会等名
      平成29年度記憶研究会
    • 招待講演
  • [学会発表] 中枢末梢連関の視点を取り入れた行動研究2017

    • 著者名/発表者名
      佐々木拓哉
    • 学会等名
      動物心理学会、動物行動学会合同学会 若手シンポジウム
    • 招待講演
  • [学会発表] 中枢末梢連関の神経生理動態の包括的解析2017

    • 著者名/発表者名
      佐々木拓哉
    • 学会等名
      第4回包括的緩和医療科学学術研究会/第5回Tokyo疼痛緩和次世代研究会 合同研究会
    • 招待講演
  • [学会発表] 中枢末梢関連を網羅するシステム薬理学的アプローチ2017

    • 著者名/発表者名
      佐々木拓哉
    • 学会等名
      日本薬学会第137年会
    • 招待講演

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公開日: 2018-12-17  

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