精神病態脳における大規模2光子解析法の開発

2015 Fiscal Year Annual Research Report

• Project Area: Unraveling micro-endophenotypes of psychiatric disorders at the molecular, cellular and circuit levels.
• Project/Area Number: 15H01282
• Research Institution: University of Yamanashi
• Principal Investigator: 喜多村 和郎 山梨大学, 総合研究部, 教授 (60423159)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2017-03-31
• Keywords: ２光子イメージング / シナプス

Outline of Annual Research Achievements

１．精神病態脳における神経回路・シナプス活動の大規模解析法の開発：
高速３次元で神経細胞およびシナプスの活動を捉えることのできる２光子イメージング法を確立した。１２８X１２８ピクセルの解像度で１００Hzの速度で２次元走査できる共振ミラー型２光子イメージングとピエゾスキャナを用いた高速焦点走査により、５００ (x) X５００ (y) X１５０ (z) マイクロメートルの体積をz方向に１０平面、８Hzの速度で観察できる２光子顕微鏡システムを構築した。また、構築した顕微鏡を用いて覚醒行動中のマウス大脳および小脳における神経活動およびシナプス活動を観察できることを確認した。さらに、覚醒動物におけるイメージングで問題となる揺れ補正について、連続画像の２次元相関を用いて補正する方法を確立するとともに、ピクセル輝度値の相関を計算することによる関心領域（ROI）の自動抽出法を実現した。
２．精神病態脳における複数脳領域の同時イメージング技術の開発：
精神病態モデルマウスの脳領野間連関を解析することを目的とした、複数脳領域の同時イメージングおよび２光子イメージング－光刺激顕微鏡を開発する。今年度は複数顕微鏡による２光子イメージングー光刺激顕微鏡を行った。通常の２光子顕微鏡に近接してレーザー走査型の光刺激顕微鏡を構築し、大脳を光刺激しながら同時に小脳の２光子カルシウムイメージングまたは小脳光刺激ー大脳２光子イメージングが可能なことを確認した。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

当初予定していた顕微鏡の開発は順調に進んでいる。

Strategy for Future Research Activity

今後、３次元イメージングのさらなる高速化に取り組むとともに、複数脳領域同時イメージング顕微鏡を完成させることを目指す。さらに、これらの顕微鏡を用いた精神病態モデルマウスの解析に着手する。

Research Products

• [Presentation] Functional organization of cerebellar modules during skilled behavior (2016)
  • Author(s): Kazuo Kitamura
  • Organizer: 第９３回日本生理学会大会
  • Place of Presentation: 札幌コンベンションセンター（北海道・札幌市）
  • Year and Date: 2016-03-22 – 2016-03-24
• [Presentation] Optogenetic mapping of cerebra-cerebellar communication loop in mice (2016)
  • Author(s): Myeong Jeong Choo, Riichiro Hira, Masanori Matsuzaki, Masanobu Kano, Kazuo Kitamura
  • Organizer: 第９３回日本生理学会大会
  • Place of Presentation: 札幌コンベンションセンター（北海道・札幌市）
  • Year and Date: 2016-03-22 – 2016-03-24
• [Presentation] Differential learning-related changes in climbing fiber inputs to cerebellar stripes (2016)
  • Author(s): Shinichiro Tsutsumi, Naoki Hidaka, Yoshikazu Isomura, Masanori Matsuzaki, Kenji Sakimura, Masanobu Kano, Kazuo Kitamura
  • Organizer: 第９３回日本生理学会大会
  • Place of Presentation: 札幌コンベンションセンター（北海道・札幌市）
  • Year and Date: 2016-03-22 – 2016-03-24
• [Presentation] Rational design of ultrafast, high-affinity red calcium indicator for monitoring neuronal activity (2015)
  • Author(s): M. INOUE, A. TAKEUCHI, S.-I. HORIGANE, H. FUJII, S. KAMIJO, S. TAKEMOTO-KIMURA, M. OHKURA, K. GENGYO-ANDO, M. KANO, J. NAKAI, K. KITAMURA, H. BITO
  • Organizer: Neuroscience 2015
  • Place of Presentation: McCormick Place Convention Center (Chicago, USA)
  • Year and Date: 2015-10-17 – 2015-10-21
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] In vivo光学イメージングと電気生理学の融合 (2015)
  • Author(s): 喜多村和郎
  • Organizer: 第３８回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: 神戸国際会議場（兵庫県・神戸市）
  • Year and Date: 2015-07-28 – 2015-07-31
  • Invited
• [Presentation] Identification of complex spikes in two-photon recording of Purkinje cell calcium responses by machine learning and ROC analysis of the performance (2015)
  • Author(s): Huu Thien Hoang, Shinichiro Tsutsumi, Miki Hashizume, Okito Yamashita, Isao T. Tokuda, Masa-Aki Sato, Mitsuo Kawato, Masanobu Kano, Kazuo Kitamura, Keisuke Toyama
  • Organizer: 第３８回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: 神戸国際会議場（兵庫県・神戸市）
  • Year and Date: 2015-07-28 – 2015-07-31
• [Presentation] Rational design of a novel high-affinity, ultrafast, red calcium indicator R-CaMP2 (2015)
  • Author(s): Masatoshi Inoue, Atsuya Takeuchi, Shin-Ichiro Horigane, Masamichi Ohkura, Keiko Gengyo-Ando, Hajime Fujii, Satoshi Kamijo, Sayaka Takemoto-Kimura, Masanobu Kano, Junichi Nakai, Kazuo Kitamura, Haruhiko Bito
  • Organizer: 第３８回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: 神戸国際会議場（兵庫県・神戸市）
  • Year and Date: 2015-07-28 – 2015-07-31