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2021 年度 実施状況報告書

Establishing the pipeline for 3D reconstruction of neurophysiological and anatomical maps of the nonhuman primate brain

研究課題

研究課題/領域番号 19KK0192
研究機関京都大学

研究代表者

伊佐 正  京都大学, 医学研究科, 教授 (20212805)

研究分担者 岡田 知久  京都大学, 医学研究科, 准教授 (30321607)
山口 玲欧奈  京都大学, 高等研究院, 特定助教 (50812640)
尾上 浩隆  京都大学, 医学研究科, 特定教授 (80214196)
研究期間 (年度) 2019-10-07 – 2023-03-31
キーワード機能的MRI / 全脳神経回路 / 三次元再構築 / マーモセット / マカクザル / 機能的結合 / 解剖学的結合
研究実績の概要

本研究においては、生体脳でのMRIを用いた生理学的結合関係の解析とトレーサー染色による解剖学的結合の3次元構築をt同一個体で重ね合わせて、相互の関係を解析するパイプラインを、最初はマーモセット、そして次にマカクザルで構築することを目的としている。令和3年度の研究の進捗としては、前年までに研究でマカクザルを対象とする高解像度のBOLD MRI画像取得のために、共同研究者のKU LeuvenのVanduffel研究室で構築されてきた頭蓋骨周囲に直接埋め込むimplantable coilをさらに改良し、異なる個体で共用できるような頭部近接装着型のコイルを作成し、京都大学の3T MRI機を用いて、高い空間解像度でのBOLD画像の取得に成功したコイルについて、京都大学の7T MRI機で使用した。構造画像については問題なく取得できたがBOLD画像についてはよりチューンアップが必要であることが判明した。
一方、組織標本の3-D再構築パイプラインの樹立については、脳幹における空間的注意の制御中枢である中脳上丘に逆行性の蛍光色素を注入した2頭のマーモセット個体について、蛍光標識された大脳皮質皮質ー上丘経路の再構築を行うことについて、Cold Spring Harbor研究所のMitra博士の研究室と共同して、自動的に逆行性標識細胞を同定し、領域ごとにその数を算出し、さらに全脳的に3次元再構築するシステムをほぼ確立することができた。その過程で、マウスとマーモセットの間で皮質-上丘投射系の構造に顕著な違いが観察されており、空間的注意を制御する皮質ー皮質下回路の進化について興味深い洞察が得られつつある。

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

現在、コロナウィルス感染拡大のため、国を超えた往来が不可能になっているが、隔週で米国Cold Spring Harbor研究所のグループと京都大学のグループでZOOM会議を行っており、進捗を確認しており、最近マーモセット脳の全脳回路レベルでの標識ニューロンの再構築法について大きな進展が見られた。

今後の研究の推進方策

今後マーモセット及びマウスについて皮質-上丘投射系の種間比較を行った論文を作成、投稿する予定である。さらに上丘の異なる空間位置を符号化する部位に投射する皮質ニューロンの分布も明らかにし、空間的注意を制御する皮質ー皮質下ネットワークの全容を明らかにしたい。

次年度使用額が生じた理由

コロナウィルス感染拡大に伴い、本プロジェクトの共同研究者である米国コールドスプリングハーバー研究所のMitra博士及びベルギーのルーバンカトリック大学のVanduffel教授の研究室と研究室ぐるみで交流する予定であるが、その部分を進めることができていない。今後国の間の往来が再開されたところで、対面による実質的な打ち合わせや教頭研究を展開させたい。

  • 研究成果

    (18件)

すべて 2022 2021 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (8件) (うち国際共著 4件、 査読あり 8件、 オープンアクセス 6件) 学会発表 (4件) (うち国際学会 3件、 招待講演 4件) 備考 (4件)

  • [国際共同研究] Cold Spring Harbour Laboratory(米国)

    • 国名
      米国
    • 外国機関名
      Cold Spring Harbour Laboratory
  • [国際共同研究] ルーバンカトリック大学(ベルギー)

    • 国名
      ベルギー
    • 外国機関名
      ルーバンカトリック大学
  • [雑誌論文] Amygdala Underlies the Environment Dependency of Defense Responses Induced via Superior Colliculus2022

    • 著者名/発表者名
      Isa Kaoru、Tokuoka Kota、Ikeda Sakura、Karimi Sara、Kobayashi Kenta、Sooksawate Thongchai、Isa Tadashi
    • 雑誌名

      Frontiers in Neural Circuits

      巻: 15 ページ: 768647

    • DOI

      10.3389/fncir.2021.768647

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Double viral vector intersectional approaches for pathway-selective manipulation of motor functions and compensatory mechanisms2022

    • 著者名/発表者名
      Isa Tadashi
    • 雑誌名

      Experimental Neurology

      巻: 349 ページ: 113959~113959

    • DOI

      10.1016/j.expneurol.2021.113959

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Effects of Light Isoflurane Anesthesia on Organization of Direction and Orientation Selectivity in the Superficial Layer of the Mouse Superior Colliculus2021

    • 著者名/発表者名
      Kasai Masatoshi、Isa Tadashi
    • 雑誌名

      The Journal of Neuroscience

      巻: 42 ページ: 619~630

    • DOI

      10.1523/JNEUROSCI.1196-21.2021

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Visual instrumental learning in blindsight monkeys2021

    • 著者名/発表者名
      Kato Rikako、Zeghbib Abdelhafid、Redgrave Peter、Isa Tadashi
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 11 ページ: 14819

    • DOI

      10.1038/s41598-021-94192-7

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Neural Mechanism of Blindsight in a Macaque Model2021

    • 著者名/発表者名
      Isa Tadashi、Yoshida Masatoshi
    • 雑誌名

      Neuroscience

      巻: 469 ページ: 138-161

    • DOI

      10.1016/j.neuroscience.2021.06.022

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] The tectum/superior colliculus as the vertebrate solution for spatial sensory integration and action2021

    • 著者名/発表者名
      Isa Tadashi、Marquez-Legorreta Emmanuel、Grillner Sten、Scott Ethan K.
    • 雑誌名

      Current Biology

      巻: 31 ページ: R741~R762

    • DOI

      10.1016/j.cub.2021.04.001

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Divergent Whole Brain Projections from the Ventral Midbrain in Macaques2021

    • 著者名/発表者名
      Zubair Muhammad、Murris Sjoerd R、Isa Kaoru、Onoe Hirotaka、Koshimizu Yoshinori、Kobayashi Kenta、Vanduffel Wim、Isa Tadashi
    • 雑誌名

      Cerebral Cortex

      巻: 31 ページ: 2913~2931

    • DOI

      10.1093/cercor/bhaa399

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Double viral vector technology for selective manipulation of neural pathways with higher level of efficiency and safety2021

    • 著者名/発表者名
      Koshimizu Yoshinori、Isa Kaoru、Kobayashi Kenta、Isa Tadashi
    • 雑誌名

      Gene Therapy

      巻: 28 ページ: 339~350

    • DOI

      10.1038/s41434-020-00212-y

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Dynamics of global brain networks for recovery from spinal cord injury2022

    • 著者名/発表者名
      Tadashi Isa
    • 学会等名
      The 7th CiNet Conference: New horizons in brain mapping
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Induction of large-scaled adult brain plasticity for neuronal repair2022

    • 著者名/発表者名
      Tadashi Isa
    • 学会等名
      The 25th Thai Neuroscience Society Conference 2022 (TNS25)
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 盲視の脳内メカニズム  -非ヒト科霊長類を用いた研究について-2021

    • 著者名/発表者名
      伊佐 正
    • 学会等名
      視覚科学フォーラム
    • 招待講演
  • [学会発表] How the brain works for recovery from spinal cord injury2021

    • 著者名/発表者名
      Tadashi Isa
    • 学会等名
      Mongolian Neuroscience Society Meeting
    • 国際学会 / 招待講演
  • [備考] 京都大学大学院医学研究科 高次脳科学講座 神経生物学分野

    • URL

      https://nscinbiol.med.kyoto-u.ac.jp/

  • [備考] 京都大学ヒト生物学高等研究拠点 伊佐グループ

    • URL

      https://ashbi.kyoto-u.ac.jp/ja/groups/isa/

  • [備考] researchmap 伊佐 正

    • URL

      ttps://researchmap.jp/tadashiisa/?lang=japanese

  • [備考] 京都大学大学院医学研究科・医学部 神経生物学

    • URL

      https://www.med.kyoto-u.ac.jp/organization-staff/research/doctoral_course/r-019/

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公開日: 2022-12-28  

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