2022 Fiscal Year Research-status Report
ＡＩによる行動解析と神経活動イメージングを駆使した新しい行動薬理学の創成
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21K19318
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
南 雅文 北海道大学, 薬学研究院, 教授 (20243040)
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2021-07-09 – 2024-03-31
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| Keywords | 行動薬理学 / ディープラーニング / 慢性痛 / 不安障害 / うつ病 / 薬物依存 / 行動嗜癖 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、ＡＩ技術を駆使した最先端の画像解析により自由行動下の病態モデル動物から仮説フリーに行動情報の収集・解析を行うことで、これまで研究者が気づき得なかった評価項目を抽出しうる新しい行動薬理試験を構築する。さらに、近年進歩が著しい、蛍光イメージングを用いたインビボ神経活動計測と組み合わせることにより、行動情報と脳内神経活動の相関を明らかにすることで、精神変容・疼痛や薬物作用を鋭敏かつ詳細に解析できる新しい行動薬理学を創成する。世界保健機関（WHO）の国際疾病分類第11回改訂版（ICD-11）に、ゲーム障害(gaming disorder)の定義が収載されるなど、精神変容の中でもゲームやWEBに対する行動嗜癖が今後益々問題になっていくことが考えられるため、2021年度は行動嗜癖の神経機構解析や治療薬・治療法開発に役立つ新しい行動試験系を開発することを目指し、マウスが好んで行う輪回し行動に対する行動嗜癖形成について検討を行った。2022年度は、輪回し行動に対する行動嗜癖形成後のマウスに、新規物体、他個体マウス、エサを提示した際の行動について、対照群と比較解析を行った。輪回しに対する行動嗜癖形成後では、新規物体、他個体マウス、エサに対する接近行動が減少することを明らかにした。この結果は、健康や社会生活の障害となるにもかかわらず対象となる行動を止めることができないというヒトでの行動嗜癖を模倣していると考えられ、マウス輪回し行動が行動嗜癖のモデルとして有用であることを示唆している。また、蛍光イメージングを用いたインビボでのドパミン遊離計測により輪回し行動時の側坐核内ドパミン遊離を計測する実験系を立ち上げ、輪回し行動中に側坐核内ドパミン遊離が上昇することを明らかにした。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
行動薬理学的解析については、マウスが好んで行う輪回し行動について、行動嗜癖形成後のマウスに、新規物体、他個体マウス、エサを提示した際の行動について、対照群と比較解析を行ったところ、輪回しに対する行動嗜癖形成後では、新規物体、他個体マウス、エサに対する接近行動が減少することを明らかにした。この結果は、健康や社会生活の障害となるにもかかわらず対象となる行動を止めることができないというヒトでの行動嗜癖を模倣していると考えられ、マウス輪回し行動が行動嗜癖のモデルとして有用であることを示唆している。また、報酬行動や依存に重要な役割を果たす側坐核内ドパミン遊離との関連を検討するため、蛍光イメージングを用いたインビボでのドパミン遊離計測により輪回し行動時の側坐核内ドパミン遊離を計測する実験系を立ち上げ、輪回し行動中に側坐核内ドパミン遊離が上昇することを明らかにした。一方で、輪回し行動が行動嗜癖のモデルとして有用であるか否かを検討する実験を優先したため、情報科学分野の研究者との連携によるＡＩ技術を駆使した画像解析による仮説フリー行動解析システム構築については予定より遅れている。そのため、現在までの進捗状況を、「おおむね順調に進展している」とする。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでの研究により、マウス輪回し行動が行動嗜癖のモデルとして有用である可能性が示されたことから、2023年度は、輪回し行動に対する行動嗜癖形成後のマウスの行動を、例えば、輪回し装置を撤去した場合などの、様々なシチュエーション下で記録し、ＡＩ技術を駆使した画像解析により行動嗜癖を形成していないマウスとの行動の違いを明らかにすることで、行動嗜癖を評価するための行動試験系を確立する。また、行動解析と並行して、ドパミンをはじめとする脳内神経伝達物質の遊離を、先端的な蛍光イメージングを駆使したファイバーフォトメトリーを用いて高時間分解能で計測し、マウスの行動との相関関係を解析し、行動嗜癖の神経機構解明のための手がかりを得る。
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| Causes of Carryover |
マウス輪回し行動が行動嗜癖のモデルとして有用であるか否かを検討するための行動薬理学的解析と蛍光イメージングを用いた神経伝達物質遊離解析を優先して行ったため、情報科学分野の研究者との連携によるＡＩ技術を駆使した画像解析による仮説フリー行動解析システム構築が予定より遅れたことで、次年度使用額が生じた。2023年度は、当該助成金、及び、2023年度分として請求した助成金と合わせた研究経費を、ＡＩ技術を駆使した画像解析、行動解析、神経伝達物質遊離解析を統合して行動嗜癖を評価する試験系を確立するための研究に使用する。
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[Journal Article] Chronic pain-induced neuronal plasticity in the bed nucleus of the stria terminalis causes maladaptive anxiety.2022
Author(s)
Yamauchi, N., Sato, K., Sato, K., Murakawa, S., Hamasaki, Y., Nomura, H., Amano, T., Minami, M.
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Journal Title
Science Advances
Volume: 8
Pages: eabj5586
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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