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2011 年度 実績報告書

大脳領野間機能的シナプス結合の系統的光マッピングと領野間シナプス可塑性の研究

研究課題

研究課題/領域番号 23300148
研究種目

基盤研究(B)

研究機関基礎生物学研究所

研究代表者

松崎 政紀  基礎生物学研究所, 光脳回路研究部門, 教授 (50353438)

研究分担者 岡田 尚巳  独立行政法人国立精神・神経医療研究センター, 神経研究所・遺伝子疾患治療研究部, 室長 (00326828)
キーワード脳・神経 / 神経科学 / 高性能レーザー
研究概要

大脳においては局所領域内での神経活動だけではなく、複数の領野にわたって信号を受け渡しし、多数の神経細胞が協調的にかつ持続的に活動している。課題関連領野や領野間の相関活動などは、機能的MRIなどによって調べられるが、より高い空間解像度で、どの細胞がどの領野からどの程度の機能的入力をうけ、またその領野間結合において可塑性が誘発されるかについては殆ど不明である。そこでげっ歯類において、光刺激マッピング法と広域神経活動光計測を組み合わせることで、1)大脳領野間の機能的シナプス結合を系統的に明らかにし、高次・低次領野間の結合様式を解明し、異感覚情報の統合領野を同定する。
2)単一細胞レベルでの領野間シナプス結合様式と、3)領野間シナプス結合可塑性の性質、を明らかにすることを目的とする。本年度はCCDカメラで低解像度の領域マッピングを行なう予定であったが、単一細胞レベルでの高解像度反応を見ることができる2光子イメージングによるカルシウムイメージングが広範囲でも可能であることが判明したため、この実験系(目的2)を優先的に構築した。本年度研究分担者が作製したアデノ随伴ウイルス(AAV)の大脳皮質2/3層への導入によって、広域にわたってカルシウム感受性蛍光タンパク質を発現させることができるようになった。これに対して広範囲にわたって2光子イメージングを行うことによってまず始めに運動野を同定することが可能となった。またChR2遺伝子導入マウスにおいて、本ウイルスを導入し、ChR2を光刺激しながら同時にイメージングを行い、それによる反応細胞を同定することを可能とした。同様にChR2を広範囲の皮質2/3層に発現させるために、新たにアデノ随伴ウイルスを作製した。また逆行性蛍光トレーサー導入による領野間結合様式が明らかになりつつある。

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

AAVによる広範囲の大脳新皮質細胞への遺伝子導入が可能となり、これを広範囲にイメージングすることが可能となった。また逆行性トレーサー導入によって形態学的シナプス結合様式が明らかになりつつある。また主たる標的領野皮質でのイメージングも開始した。

今後の研究の推進方策

領野間シナプス結合様式を明らかにするために、光刺激法の最適化とイメージングの最適化を行なう。特にこれらを系統的に行うためには、より良い光感受性タンパク質のアッセイが必要であることがわかってきたため、コンソトラクト作製を含めこれを効率的に行なう。最適化を図りながら、領野間シナプス結合の方向性や単一細胞レベルでの分布を系統的に明らかにしたい。

  • 研究成果

    (9件)

すべて 2012 2011

すべて 雑誌論文 (5件) (うち査読あり 4件) 学会発表 (4件)

  • [雑誌論文] Simultaneous visualization of multiple neuronal properties with single-cell resolution in the living rodent brain2011

    • 著者名/発表者名
      Ako R, et al
    • 雑誌名

      Molecular and Cellular Neuroscience

      巻: 48 ページ: 246-257

    • DOI

      10.1016/j.mcn.2011.08.005

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Spatial distributions of GABA receptors and local inhibition of Ca2+ transients studied with GABA uncaging in the dendrites of CA1 pyramidal neurons2011

    • 著者名/発表者名
      Kanemoto Y, et al
    • 雑誌名

      PLoS One

      巻: 6 ページ: e22652

    • DOI

      10.1371/journal.pone.0022652

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Two-Photon Uncaging Microscopy2011

    • 著者名/発表者名
      Matsuzaki M, Kasai H
    • 雑誌名

      Cold Spring Harbor Protocols

      巻: 5 ページ: prot5620

    • DOI

      10.1101/pdb.prot5620

  • [雑誌論文] In vivo two-photon uncaging of glutamate revealing the structure-function relation ships of dendritic spines in the neocortex of adult mice2011

    • 著者名/発表者名
      Noguchi J, et al
    • 雑誌名

      Journal of Physiology

      巻: 589 ページ: 2447-2457

    • DOI

      10.1113/jphysiol.2011.207100

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Simultaneous two-photon activation of presynaptic cells and calcium imaging in postsynaptic dendritic spines2011

    • 著者名/発表者名
      Matsuzaki M, et al
    • 雑誌名

      Neural Systems & Circuits

      巻: 1 ページ: 2

    • DOI

      10.1186/2042-1001-1-2

    • 査読あり
  • [学会発表] イメージングと光操作による大脳運動野神経活動の研究2012

    • 著者名/発表者名
      松崎政紀
    • 学会等名
      日本薬学会第132年会
    • 発表場所
      北海道大学(北海道)
    • 年月日
      2012-03-30
  • [学会発表] Spatial and temporal structure of cortical microcircuit activity for generating voluntary movement2012

    • 著者名/発表者名
      松崎政紀
    • 学会等名
      1^<st> International Symposium/59^<th> NIBB Conference
    • 発表場所
      OCC(愛知県)
    • 年月日
      2012-03-11
  • [学会発表] Imaging and manipulating neuronal activity in cortical circuits2011

    • 著者名/発表者名
      松崎政紀
    • 学会等名
      第34回日本分子生物学会
    • 発表場所
      パシフィコ横浜(神奈川県)
    • 年月日
      2011-12-13
  • [学会発表] Neural functions revealed by two-photon imaging and stimulation methods2011

    • 著者名/発表者名
      松崎政紀
    • 学会等名
      12^<th> RIES-Hokudai International Symposium
    • 発表場所
      シャトレーゼガトーキングダムサッポロ(北海道)
    • 年月日
      2011-11-22

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公開日: 2013-06-26  

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