社会的身体表現による個体間相互作用の生成モデル開発

2019 年度 実績報告書

• 研究領域: 人工知能と脳科学の対照と融合
• 研究課題/領域番号: 19H04996
• 研究機関: 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構
• 研究代表者: 三村 喬生 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 放射線医学総合研究所 脳機能イメージング研究部, 研究員(任常) (60747377)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2021-03-31
• キーワード: 社会脳 / 社会行動 / 化学遺伝学 / モーショントラッキング / マーモセット / 霊長類

研究実績の概要

研究初年度の2019年では、まず社会性脳-社会行動をリンクする研究として小型霊長類コモン・マーモセット の自閉症モデル動物（胎生期バルプロ酸暴露）における脳構造異常について検討した。拡散テンソルMRIを用い、両側脳を接続する神経走行を可視化・定量した結果、モデル動物群における前交連繊維の発達異常を検出した。この結果を国際雑誌（査読あり）において出版した。本研究では神経活動の定負荷かつ再現的な制御技術として化学遺伝学を採用するが、当該技術においては人工受容体へのアゴニストの結合特異性・代謝頑強性について大きな課題が指摘されていた。そこでこれらを大幅に改善する新規アゴニスト（Deschloroclozapine）の開発を進め、他研究グループと共に成功した。この結果は既にbioRxiv上で公開され査読付国際雑誌においても出版予定である(accepted)。この化学遺伝学をマーモセットに適用する世界初の実験を進め、データ収集がほぼ完了し、現在、論文投稿を準備中である。また、同様の人工受容体ecDHFRに着目した脳イメージング手法の開発に参画し、これもbioRxiv上に公開した。マーモセット の自由行動をデータ駆動に解析する手法として、マーカーレスモーショントラッキング技術の開発に取り組み、人工知能アルゴリズムを利用することで目標精度をほぼ達成した。この成果を人工知能学会全国大会にて発表した。

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

国際雑誌Neuroimage上に社会性機能障害を伴う自閉症モデル霊長類の脳イメージング研究を出版した。前交連という比較的これまで着目されていなかった能領域における差異を霊長類モデル動物において見出した点が新規であり、既に海外の齧歯類研究グループに引用されるなどの反響がある。
人工知能を駆使したマーモセット のモーショントラッキング技術について、研究成果をまとめ人工知能学会および国際学会にて発表した。コメントなどを踏まえ国際雑誌への投稿へ進める予定である。
その他の成果に関しては投稿中・投稿準備中のものが（共著を含め）多数ある状況が続いており、最終年度に向けて研究成果の発表に注力したい。

今後の研究の推進方策

化学遺伝学技術を用い、マーモセット の社会脳領域の活性を一過的に抑制するモデル動物の作出がほぼ完了した。これを用い、他個体との社会的交流場面における行動実験を実施し、個体間インタラクションへの影響を評価する予定である。この実験の立ち上げ準備を進めていた年度末にCOVID-19の大流行が発生し、その影響で実験が延期となっている。また、研究打ち合わせや学会などの中止・延期が相次ぎ、先を見通せない状況が続いている。既存の研究成果の取りまとめを優先的に進め、状況を見ながら実験を再開する予定である。

研究成果

• [雑誌論文] Genetically targeted reporter imaging of deep neuronal network in the mammalian brain (2020)
  • 著者名/発表者名: Shimojo M, Ono M, Takuwa H, Mimura K, Nagai Y, Fujinaga M, Kikuchi T, Okada M, Seki C, Tokunaga M, Maeda J, Takado Y, Takahashi M, Minamihisamatsu T, Zhang M, Tomita Y, Suzuki N, Maximov A, Suhara T, Minamimoto T, Sahara N, Higuchi M
  • 雑誌名: bioRxiv 巻: - ページ: -
  • DOI: https://doi.org/10.1101/2020.04.08.032870
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] Abnormal axon guidance signals and reduced interhemispheric connection via anterior commissure in neonates of marmoset ASD model (2019)
  • 著者名/発表者名: Mimura Koki、Oga Tomofumi、Sasaki Tetsuya、Nakagaki Keiko、Sato Chika、Sumida Kayo、Hoshino Kohei、Saito Koichi、Miyawaki Izuru、Suhara Tetsuya、Aoki Ichio、Minamimoto Takafumi、Ichinohe Noritaka
  • 雑誌名: NeuroImage 巻: 195 ページ: 243～251
  • DOI: https://doi.org/10.1016/j.neuroimage.2019.04.006
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Deschloroclozapine, a potent and selective chemogenetic actuator enables rapid neuronal and behavioral modulations in mice and monkeys (2019)
  • 著者名/発表者名: Nagai Y, Miyakawa N, Takuwa H, Hori Y, Oyama K、Ji B, Takahashi M, Huang X, Slocum S, DiBerto F, Xiong Y, Urushihata T, Hirabayashi T, Fujimoto A, Mimura K, English G, Liu J, Inoue K, Kumata K, Seki C, Ono M, Shimojo M, Zhang M, Tomita Y, Nakahara J, Suhara T, Takada M, Higuchi M, Jin J, Roth B, Minamimoto T
  • 雑誌名: bioRxiv 巻: - ページ: -
  • DOI: https://doi.org/10.1101/854513
  • オープンアクセス
• [学会発表] 霊長類における身体動作時系列の分節推移構造推定 (2019)
  • 著者名/発表者名: 三村喬生， 中村友昭， 松本惇平， 西条寿夫， 須原哲也， 持橋大地， 南本敬史
  • 学会等名: 人工知能学会全国大会
• [学会発表] A chemogenetic toolbox with multimodal imaging and motion tracking for free marmoset behavior (2019)
  • 著者名/発表者名: Koki Mimura, Jumpei Matsumoto, chika Sato, Kei Kimura, Yukiko Hori, Yuji Nagai, Ken-Ichi Inoue, Ichio Aoki, Hisao Nishijo, Tetuya Suhara, Masahiko Takada, Noriaki Yahata, Takafumi MInamimoto
  • 学会等名: 2019 Marmoset Bioscience symposium
  • 国際学会
• [学会発表] A novel ligand “deschloroclozapine” selectively visualizes and activates chemogenetic receptors in non-human primates (2019)
  • 著者名/発表者名: Nagai Y, Miyakawa N, Takuwa H, Hori H, Oyama K, Ji B, Takahashi M, Haung XP, Slocum ST, Xiong Y, Hirabayashi T, Fujimoto A, Mimura K, English JG, Liu J, Inoue K, Kumata K, Seki C, Ono M, Shimojo M, Zhang MR, Tomita Y, Suhara T, Takada M, Higuchi M, Jin J, Roth BL, Minamimoto T
  • 学会等名: Brain and BrainPET 2019
  • 国際学会