| 研究課題/領域番号 |
18K14860
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| 研究機関 | 国立研究開発法人理化学研究所 |
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研究代表者 |
青木 亮 国立研究開発法人理化学研究所, 脳神経科学研究センター, 研究員 (70757137)
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| 研究期間 (年度) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| キーワード | マウス / 意思決定 / 2光子カルシウムイメージング / RNN |
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| 研究実績の概要 |
当初の予定通り、本年度は行動実験系の確立を中心に研究を進めた。申請書に記載した文脈依存的行動選択課題については、ルールのリバーサル課題をマウスに効率よく覚えさせることが困難であったため、予備的に準備していた報酬量の変化を伴う課題を中心に訓練を進め、すでに論文発表済みの自動訓練装置（Aoki et al, 2017, Nat. Neurosci.）を用いて数匹の学習済みマウスを得ることに成功した。また、それらの個体で文脈依存的な行動方策の変化が確認された。
また、二光子顕微鏡を用いた行動課題中の細胞活動記録取得についても進め、すでに意思決定課題中のcamk2:tTA; TRE:GCaMP6fマウスの大脳皮質視覚野の２/３層の～２００興奮性細胞からカルシウムシグナルを取得することに成功してる。データ解析用のパイプラインについても準備を進め、suite2p toolbox（Pachitariu et al, 2017, bioRxiv）を用いたセグメンテーション、及びDeepLabCut toolbox（Mathis et al, 2018, Nat. Neurosci.）を用いた姿勢及び瞳の正確なトラッキングが可能である。予備的なデータについては解析を進め、すでにマウスの行動のアウトプット依存的に活動が変化する細胞を同定している。
また、当初の予定にあったER-Creシステムを用いたChrimson遺伝子の時間選択的な発現制御についてだが、訓練に予想以上に時間がかかることが判明し、ウイルスのインジェクションから導入までに期間が空いてしまうため、十分な発現量が得られないことが判明した。このため、現在は学習成立後の個体にウイルスをインジェクションすることで発現誘導までの時間を最小限に抑えるように予定を変更している。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
すでに確立に成功している文脈依存的な行動課題は、そもそもマウスでは訓練が困難と考えられていた、ヒトやマカクザルを対象とした心理学的研究を適用したチャレンジングなものであり、そのような課題が効率よく、かつ再現性高く確立できたことそれ自体、大変学術的価値が高いといえる。さらに、行動課題の確立のための試行錯誤の過程で、いくつかの予想外の発見があり、現在それらの観察結果についても別の論文として成果をまとめるため、準備をしている。
2光子顕微鏡を用いたデータ取得と解析についても予想以上に効率よく進んでいる。とりわけDeepLabCutを用いたトラッキングにより、従来以上に正確に瞳のトラッキングを行うことが可能になっただけでなく、姿勢などの視覚野の神経細胞の活動に影響を与えうる他の非視覚的要素の情報を同時に取得することが可能になったため、より詳細に神経活動データを分析することが可能になった。
RNNを用いた神経集団活動のモデリングについてもLFADS（Pandarinath et al, 2018, Nat. Methods）などの強力な手法が発表されたこともあり、また所属研究室のインフラが整備され、GPUサーバーによるモデルの効率の良い訓練が可能になったため、当初の予定よりスムーズな遂行を予想している。
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| 今後の研究の推進方策 |
当初の予定通り進める。とりわけ2019年度は訓練個体からの神経活動データの取得、及びその解析を主に進める。神経活動データを解析する際には、非視覚的な影響（例えばStringer et al, 2018, bioRxiv）などに注意し、一般化線形モデルなどを用いて純粋な認知的計算に相関する活動を抽出する。また、意思決定に関わる神経活動がposterior parietal cortex (PPC)のみならず他の視覚野で広く観察されているという最近の研究（Koay et al, 2019, bioRxiv; Minderer et al, 2019 Neuron）に留意し、PPC以外の神経回路（例えば一次視覚野）からも記録し、両者の類似点、及び違いを明らかにすることを試みる。
行動データについても、逆相関法などの精神物理的解析を行う。また、マウスの行動はhistory依存的なバイアスを強く示すことが知られているが、それらの影響を定量するモデル（Roy et al, 2018, NeurIPS）を用いて行動をより詳細に分析し、神経活動との相関を明らかにすることを試みる。
また、学習済み個体に対するウイルスのインジェクションについても方法を整備し、学習の記憶に対する影響が最小限に抑えられるようなプロトコルを確立する。マウス手術用のoptical chamberについてはすでに改良を重ねているが、引き続き改良、検討を重ねる。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
本年度は当初の想定に比べて行動実験系の整備にウェイトを置き、行動データの取得と解析に伴う訓練装置、解析用ソフトウェアなどを使用した。これらの設備はすでに所属研究室の所有するものであり、また消耗品でもないため、当初の想定に比べて使用額が少なくなった。しかし本研究計画の遂行に必要な全体的な支出が減ったわけではなく、消耗品である分子生物学的実験のための各種薬品、ウイルス作製の費用や手術費用は来年度以降に必要性が増えると予想される。
具体的には、各種遺伝子組換系統のマウスの維持費、jGCaMP7（Dana et al, 2018, bioRxiv）など新しいタイプのウイルスの製作費、ウイルスインジェクション及びインプランテーション手術などに用いる消耗品費、学会やワークショップ参加のための出張費などである。
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