【研究領域課題番号】18K19828 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

嗅覚電気刺激 / 鼻腔内科学感覚 / 経皮電気刺激 / バーチャルリアリティ / 鼻腔内化学感覚 / 神経科学 / 脳活動計測 / 嗅覚 / 電気刺激 / 脳科学 / インタフェース

【研究成果の概要】

バーチャルリアリティ(VR)等の分野において，嗅覚を提示するディスプレイに関する研究は非常に重要である．しかしながら，嗅覚の提示には臭いを発する化学物質(香り物質)とそれを鼻腔に提示する機構の両方が必要であるため，香り物質を保存するタンクや香り物質を放出するアクチュエータ等の容量と重さ，金銭的コストがかかってしまう．
本研究では，電気刺激によって軽量・安価・小型な嗅覚ディスプレイ装置を構築する装置を開発して電気刺激によって高確率で嗅覚を感じさせる手法の開発を開発を達成した．さらにその質を変化させる方法の構築とそのメカニズムの解明を目指した研究に取り組んだ．

【研究の社会的意義】

鼻腔内に電極等を一切設置せず，高確率で鼻腔内化学感覚を惹起する手法は世界で初めて構築されたものである．鼻腔内化学感覚を化学物質を使わずに人工的に作ることができる本手法は今後の嗅覚の研究において強力なツールとなるだろう．嗅覚はVR等の体験に欠かせない重要な感覚であるとともに，情動等の人の内部状態にも強く働きかけうる感覚である．本研究は嗅覚の提示技術を作り出したというだけでなく，今後の嗅覚研究を推進する一つの強力なツールを作り出したという意義もある．

【研究種目】挑戦的研究(萌芽)

【研究期間】2018-06-29 - 2022-03-31

【配分額】6,370千円 (直接経費: 4,900千円、間接経費: 1,470千円)

【研究分野】神経解剖学・神経病理学

【研究領域課題番号】16H06144 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

神経回路形成 / 神経科学 / 嗅覚 / 発生 / 分子生物学 / 神経活動 / カルシウムイメージング / 神経発生 / 自発活動 / 電気生理学 / 嗅覚受容体 / 神経回路 / シナプス / 回路形成 / シナプス特異性 / 発生学 / 脳・神経

【研究成果の概要】

高等動物が外界の情報に対して適切な行動を選択するためには、発生の過程で脳に存在する神経回路が個体差なく正確に形成される必要がある。神経回路は、遺伝子に規定されたプログラムに加えて、臨界期に生じる神経活動による精緻化を経て完成される。この回路構築の具体的な分子メカニズムの理解は、動物の先天的な行動と学習によって変化する可塑的な行動原理を理解する上で重要な示唆を与える。
一般に回路の精緻化は、神経細胞間の同期的な発火活動によると多くの教科書に記載されている。しかし我々はカルシウムイメージング及び光遺伝学による神経活動の観察、操作を通じて、新しい神経活動依存的な回路形成メカニズムを明らかにした。

【研究の社会的意義】

ヒトを含む高等動物の脳は、複雑かつ精緻な神経回路を用いて感覚入力情報に対して適切な出力行動を行う。この情報処理を担う神経回路の破綻は、精神・神経疾患の原因であることから、神経回路形成のメカニズムを解明することは基礎科学のみならず臨床の分野において重要な示唆を与えうる。
一般に高等動物の神経回路は、遺伝的プログラムに加えて臨界期に生じる神経活動に依存した回路の精緻化を経て完成される。この活動に依存した回路の可塑的な変化は、神経細胞間の同期的な発火活動による（ヘブ則）と多くの教科書に記載されている。しかし今回我々は、既存のヘブ則に当てはまらない新規の活動依存的な回路構築のメカニズムを明らかにした。

【研究種目】若手研究(A)

【研究期間】2016-04-01 - 2019-03-31

【配分額】24,700千円 (直接経費: 19,000千円、間接経費: 5,700千円)

【研究分野】神経化学・神経薬理学

【研究領域課題番号】16K14576 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

嗅覚 / 神経細胞 / 嗅覚受容体 / 直接変換法 / リガンド / 匂い / 神経科学 / 脳・神経 / ゲノム

【研究成果の概要】

ヒト嗅覚受容体のリガンドを同定することは、ヒトの匂い受容の理解にとって必須である。本申請課題では、ヒト嗅覚受容体のリガンドを同定するアッセイ系の確立するため、ヒト嗅神経をin vitroで作出する方法を計画した。発生期の嗅覚神経細胞の遺伝子発現プロファイルデータから候補となる転写因子を絞り込んだ。現在、レンチウイルスを用いてヒト線維芽細胞に遺伝子導入し、嗅覚神経細胞への分化誘導を試みている。

【研究種目】挑戦的萌芽研究

【研究期間】2016-04-01 - 2018-03-31

【配分額】3,120千円 (直接経費: 2,400千円、間接経費: 720千円)

【研究分野】発生生物学

【研究領域課題番号】16K07366 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

嗅覚 / 嗅覚受容体 / 嗅神経細胞 / 神経分化 / 遺伝子発現 / 転写因子 / 転写調節配列 / 運命決定 / 神経科学 / 細胞 / 遺伝子

【研究成果の概要】

匂いを感知する嗅覚受容体は、魚類から哺乳類に至る脊椎動物に共通して存在するクラスI（水棲型）と陸棲動物に特異的なクラスII（陸棲型）の2種類に大きく分類される。つまり鼻の中では発現する受容体のタイプによって異なる2種類の嗅神経細胞が作り出されるが、そのメカニズムは長年未解明のままだった。本研究では、２種類の嗅神経細胞を作り分けるのに転写因子Bcl11bが重要な機能を果たしていることを明らかにした。またBcl11bの発現を人為的に操作によって鼻のなかの水棲型と陸棲型の受容体のバランスが崩れたマウスでは、感じ取る匂いの世界が大きく変化することがわかった。

【研究の社会的意義】

ゲノム上最大の遺伝子ファミリーを形成する嗅覚受容体は大きく２つのクラスに分類されることが知られていた。嗅覚受容体の発見以来、四半世紀以上未解明であった嗅覚受容体のクラス選択の分子メカニズムを明らかにした本研究成果の学術的価値は高いと言える。また末梢神経である嗅神経細胞のクラス選択を変えるだけでマウスが感じる匂いの世界と嗅覚行動は大きく変化した結果は興味深く、今後、嗅覚受容体クラス選択と動物の嗅覚行動を繋ぐ神経基盤が解明できるものと期待される。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2016-04-01 - 2020-03-31

【配分額】4,940千円 (直接経費: 3,800千円、間接経費: 1,140千円)

【研究分野】発生生物学

【研究領域課題番号】24370087 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

神経科学 / 神経回路 / 嗅覚 / 発生 / 軸索ガイダンス / 感覚情報 / 脳科学 / 嗅覚受容体 / 発生学 / 軸索投射 / 神経活動

【研究成果の概要】

マウスの嗅覚系では、同一の嗅覚受容体(OR)を発現する嗅覚神経細胞は発生の過程で自身の軸索を収斂させ嗅球の特定の糸球体へと投射する。先行研究から、発現するORは複数の軸索ガイダンス、細胞選別分子の転写レベルを調節することによって軸索投射を制御することが明らかとなっている。しかしながら、どのようなシグナルによってORが活性化されるのかというシグナルソースについては明らかとされていなかった。本研究では、ORに由来するリガンドに依存しない基礎活性が軸索投射に重要な役割を果たすことを見出した。この発見は、元来ノイズと考えれらていた基礎活性に生理学的な役割があることを示した初めての知見である。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2012-04-01 - 2015-03-31

【配分額】18,070千円 (直接経費: 13,900千円、間接経費: 4,170千円)

【研究分野】神経解剖学・神経病理学

【研究領域課題番号】22700364 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

神経回路網 / 神経回路形成 / 嗅覚 / 軸索投射 / 神経科学 / 神経活動 / 分子生物学 / 発生 / 嗅覚受容体 / 神経回路

【研究成果の概要】

複雑な神経回路の形成メカニズムを明らかにすることは神経科学における中心課題の一つである。マウスの嗅覚系では、発現する嗅覚受容体が中心的な役割を担うことが知られているが、嗅覚受容体タンパク質を活性化するシグナルの実態については明らかにされていなかった。本研究課題では、嗅覚受容体が持つリガンドに依存しない基礎的活性に着目し、個々の受容体ごとに活性の度合いが異なっており、そのシグナル強度の差が軸索の投射位置を規定するということを見出した。

【研究種目】若手研究(B)

【研究期間】2010 - 2011

【配分額】3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円)

【研究分野】神経・筋肉生理学

【研究領域課題番号】21200010 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

視覚 / 聴覚 / 神経科学 / 生理活性 / 遺伝子 / 進化 / 嗅覚 / 生理活性物質 / 嗅覚受容体 / 新規機能性

【研究成果の概要】

嗅覚は、動物の進化の過程で最も古くから存在し、生命維持のために必要な行動に直接関与する重要な感覚である。ヒトやマウスの嗅覚受容体(odorant receptor: OR) 遺伝子は、系統発生学的にClass I とClass II OR の2つのサブファミリーに分類される。Class I OR は魚類OR に類似していることから、これまで進化の名残と考えられ、嗅覚研究の対象は主にClass II OR が中心となってきた。近年のゲノム解析の進展によって、Class I OR が魚類からヒトに至る ほぼすべての脊椎動物で維持されていることなどが明らかとなり、何らかの重要な生理機能を 持つことが示唆されている。本研究によって、陸棲哺乳動物唯一の水棲環境である羊水に、嗅神経細胞によって感知される匂い分子が存在することをマウス行動学実験、組織化学実験ならびに生理学実験によって明らかにした。また、マウス遺伝学的手法を用い、Class I OR を発現するトランスジェニックマウスの作製に成功した。この成果は、Class I OR 発現制御領域の存在を実証した世界で初めての成功例であり、遺伝子発現制御の解明だけでなく、今後標的とするClass I OR 発現細胞を特異的に可視化することが可能となり、Class I OR のリガンド探索に有用なツールとなる。

【研究種目】新学術領域研究(研究課題提案型)

【研究期間】2009 - 2011

【配分額】30,940千円 (直接経費: 23,800千円、間接経費: 7,140千円)

【研究分野】動物生理・行動

【研究領域課題番号】18370028 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

昆虫 / 脳・神経 / 遺伝子 / 神経科学 / 生理学 / 嗅覚

【研究成果の概要】

生物の匂い識別機構を理解するために,カイコガの嗅覚一次中枢である触角葉の構成神経を対象として,マルチスケール分析を行った.まず,触角葉を構成する糸球体の再構成を行い,空間的位置情報から糸球体を個体間で同定する技術を確立した.つづいて投射神経の匂いに対する神経活動を糸球体に再構成することで,匂い情報が糸球体の時空間的な活動パターンによって表現されていることを示した.さらに局所介在神経の網羅的形態分析から,これらの特性が領域特異的に分枝する局所介在神経の動作によることを示唆した.

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2006 - 2008

【配分額】13,800千円 (直接経費: 11,700千円、間接経費: 2,100千円)