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2013 年度 実績報告書

運動制御における小脳小規模回路の機能

公募研究

研究領域メゾスコピック神経回路から探る脳の情報処理基盤
研究課題/領域番号 25115705
研究種目

新学術領域研究(研究領域提案型)

研究機関東京大学

研究代表者

喜多村 和郎  東京大学, 医学(系)研究科(研究院), 准教授 (60423159)

研究期間 (年度) 2013-04-01 – 2015-03-31
キーワード神経科学 / 生理学 / 2光子イメージング / 小脳 / プルキンエ細胞 / 運動
研究概要

微小帯域活動の可視化
これまでに、分子発現をマーカーとした遺伝子改変マウスを用いて、麻酔下のマウスで、プルキンエ細胞における登上線維応答と微小帯域の関係を単一ニューロンレベルで明らかにすることに成功した。In vivoカルシウムイメージングにより、プルキンエ細胞の自発活動を観察し、プルキンエ細胞活動の同期性とaldolase C発現をマーカーとした帯域構造の間に1細胞レベルで高い相関があることを明らかにしている。さらに、感覚刺激に対する応答においても、プルキンエ細胞の同期性がaldolase C発現の境界と一致していることを見出し、覚醒下では異なる微小帯域同士が同期して活動することを明らかにした。
運動課題遂行中の小脳微小帯域活動を観察するための実験装置を開発し、運動と微小帯域活動との関係について、2光子カルシウムイメージングによる解析を行った。シンプルなGo/No-go課題において、トライアルタイプ(Hit, Correct rejection, False alarm)によって、プルキンエ細胞の登上線維応答に違いが見られることが明らかとなり、プルキンエ細胞の集団活動がマウスの運動情報とともに意思決定に関わる情報をコードしている可能性が示唆された。
新規カルシウム指示薬の機能評価
覚醒下での効率的なイメージングのために、新規カルシウム指示薬(Cal-520)の機能評価を脳スライスおよびin vivoで行った。その結果、Cal-520は従来のOGB-1と比較して、活動電位発生に対するシグナル変化が大きく、減衰時定数も短いことが明らかとなり、極めて有用な指示薬であることを確認した。

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

交付申請書に記載した本年度の研究実施計画について、その目標をほぼ達成しており順調に進行している。

今後の研究の推進方策

本研究に必要な技術開発(運動課題装置、ウイルスベクターによるカルシウムセンサーの導入、課題実行中のマウスにおけるカルシウムイメージング)はすでに完了し、実験を集中的に行っている。今後、これらの実験をさらに推進していくとともに、オプトジェネティクスを導入して、本研究の目的である、小脳微小回路の生理的意義について明らかにしていく。

  • 研究成果

    (16件)

すべて 2013 その他

すべて 雑誌論文 (7件) (うち査読あり 7件) 学会発表 (9件) (うち招待講演 1件)

  • [雑誌論文] Spike timing-dependent selective strengthening of single climbing fibre inputs to Purkinje cells during cerebellar development.2013

    • 著者名/発表者名
      Kawamura, Y., Nakayama, H., Hashimoto, K., Sakimura, K., Kitamura, K. & Kano, M.
    • 雑誌名

      Nat. Commun.

      巻: 4 ページ: 2732

    • DOI

      10.1038/ncomms3732

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Relationship between the local structure of orientation map and the strength of orientation tuning of neurons in monkey V1: a 2-photon calcium imaging study.2013

    • 著者名/発表者名
      Ikezoe, K., Mori, Y., Kitamura, K., Tamura, H. & Fujita, I.
    • 雑誌名

      J. Neurosci.

      巻: 33 ページ: 16818-27

    • DOI

      10.1523/JNEUROSCI.2209-13.2013.

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Disruption of cerebellar microzonal organization in GluD2 (GluRδ2) knockout mouse.2013

    • 著者名/発表者名
      Hashizume, M., Miyazaki, T., Sakimura, K., Watanabe, M., Kitamura, K. & Kano, M.
    • 雑誌名

      Front. Neural Circuits

      巻: 7 ページ: 130

    • DOI

      10.3389/fncir.2013.00130.

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Functional labeling of neuronal ensemble and axonal projections in vivo using a synthetic activity-dependent promoter E-SARE.2013

    • 著者名/発表者名
      Kawashima, T., Kitamura, K., Suzuki, K., Nonaka, M., Kamijo, S., Takemoto-Kimura, S., Kano, M., Okuno, H., Ohki, K. & Bito, H.
    • 雑誌名

      Nat. Methods

      巻: 10 ページ: 889-95

    • DOI

      10.1038/nmeth.2559

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Nonlinear decoding and asymmetric representation of neuronal input information by CaMKIIα and calcineurin.2013

    • 著者名/発表者名
      Fujii, H., Inoue, M., Okuno, H., Sano, Y., Takemoto-Kimura, S., Kitamura, K., Kano, M. & Bito, H.
    • 雑誌名

      Cell Rep.

      巻: 3 ページ: 978-87

    • DOI

      10.1016/j.celrep.2013.03.033.

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Dendritic calcium signaling in cerebellar Purkinje cell.2013

    • 著者名/発表者名
      Kitamura, K. & Kano, M.
    • 雑誌名

      Neural Networks

      巻: 47 ページ: 11-7

    • DOI

      10.1016/j.neunet.2012.08.001.

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Calcium-dependent regulation of climbing fiber synapse elimination during postnatal cerebellar development.2013

    • 著者名/発表者名
      Kano, M., Nakayama, H., Hashimoto, K., Kitamura, K., Sakimura, K. & Watanabe, M.
    • 雑誌名

      J. Physiol.

      巻: 591 ページ: 3151-8

    • DOI

      10.1113/jphysiol.2012.248252.

    • 査読あり
  • [学会発表] Impairment of cerebellar microzonal organization by aberrant climbing fiber to Purkinje cell wiring in GluRδ2 (GluD2) knockout mouse.2013

    • 著者名/発表者名
      Miki Hashizume, Taisuke Miyazaki, Kenji Sakimura, Masahiko Watanabe, Kazuo Kitamura, Masanobu Kano
    • 学会等名
      Neuroscience2013
    • 発表場所
      San Diego, USA
    • 年月日
      20131109-20131113
  • [学会発表] Fine scale correspondence between the cerebellar microzones and the aldolase C compartments in mice.2013

    • 著者名/発表者名
      Shinichiro Tsutsumi, Maya Yamazaki, Taisuke Miyazaki, Masahiko Watanabe, Kenji Sakimura, Kazuo Kitamura, Masanobu Kano
    • 学会等名
      Neuroscience2013
    • 発表場所
      San Diego, USA
    • 年月日
      20131109-20131113
  • [学会発表] Selective strengthening of single climbing fiber inputs to Purkinje cells during postnatal cerebellar development in vivo.2013

    • 著者名/発表者名
      Yoshinobu Kawamura, Hisako Nakayama, Kouichi Hashimoto, Kenji Sakimura, Kazuo Kitamura, Masanobu Kano
    • 学会等名
      Neuroscience2013
    • 発表場所
      San Diego, USA
    • 年月日
      20131109-20131113
  • [学会発表] Postnatal desynchronization of climbing fiber responses in Purkinje cell populations of the developing cerebellum.2013

    • 著者名/発表者名
      Jean -M. Good, Taisuke Miyazaki, Kazuo Kitamura, Masahiko Watanabe, Kenji Sakimura, Masanobu Kano
    • 学会等名
      Neuroscience2013
    • 発表場所
      San Diego, USA
    • 年月日
      20131109-20131113
  • [学会発表] Synchronous climbing fiber responses correlated with the aldolase C compartments in mouse cerebellar cortex2013

    • 著者名/発表者名
      Shinichiro Tsutsumi, Mayumi Tada, Kenji Sakimura, Kazuo Kitamura, Masanobu Kano
    • 学会等名
      Neuro2013
    • 発表場所
      京都
    • 年月日
      20130620-20130623
  • [学会発表] Sparse and heterogeneous organization of sensory inputs in layer 2/3 of mouse barrel cortex2013

    • 著者名/発表者名
      Kazuo Kitamura, Masanobu Kano
    • 学会等名
      Neuro2013
    • 発表場所
      京都
    • 年月日
      20130620-20130623
  • [学会発表] 光で探る脳の活動 ~シナプスからニューロンまで~

    • 著者名/発表者名
      喜多村和郎
    • 学会等名
      第22回日本バイオイメージング学会学術集会公開講座
    • 発表場所
      東京
    • 招待講演
  • [学会発表] 小脳皮質回路の機能構築と運動制御・運動記憶.

    • 著者名/発表者名
      喜多村和郎
    • 学会等名
      第2回記憶回路研究会
    • 発表場所
      岡崎
  • [学会発表] 光で探る脳のはたらき~シナプスから回路へ~

    • 著者名/発表者名
      喜多村和郎
    • 学会等名
      量子エレクトロニクス研究会
    • 発表場所
      軽井沢

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公開日: 2015-05-28  

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