【研究領域課題番号】22K12754 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

神経科学 / 脳・神経 / 脳情報学 / 脳機能計測 / 多感覚統合

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2022-04-01 - 2025-03-31

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

【研究領域課題番号】19F19810 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

脳・神経 / カルシウム / Arc / 神経科学

【研究成果の概要】

前初期遺伝子Arcは、記憶形成時に少数の高度に活性化されたニューロンで発現することを受入研究者らは明らかにしてきた。Arcは一度発現されると、活性化ニューロンの多くで、後期異シナプス性抑圧を誘導し、記憶・学習の制御に寄与する。しかしこのメカニズムの詳細は解明されていない。そこで、受入研究者は、記憶学習時のArc発現を可視化する実験系を提供した。一方、外国人特別研究員は、Arc誘導時の後期長期抑圧が、食欲調節における関連ニューロンのニューロン発火の調整に寄与し、この過程が食欲長期記憶固定に関連する回路動態に必要であるという仮説を検討することを本研究の目的とした。
本研究を通じて、Arc活性化細胞集団を捕捉し、その活動計測を実施するための技術開発を実現した。さらにin vivoイメージングを使用してArc発現履歴に従ってニューロン発火パターンがどのように変動するかを記録した。このArc活性化細胞集団におけるArcノックアウトのインパクトを明らかにする実験系を構築した。以上より、Arc依存的メカニズムによって、記憶形成時に少数のニューロンが高度に活性化され、特徴的な活動を示すことが明らかになった。

【研究種目】特別研究員奨励費

【研究期間】2019-11-08 - 2022-03-31

【配分額】2,300千円 (直接経費: 2,300千円)

【研究領域課題番号】18K19602 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

蝸牛 / 内耳 / 時間 / 易障害性 / 音響障害 / 神経科学 / 解剖学 / 細胞・組織 / 脳・神経 / 概日リズム

【研究成果の概要】

概日リズムタンパク質の発現量がもっとも多いサーカディアン時刻での免疫染色を行った。CBAマウスの脳と側頭骨を摘出、脳組織はfree floating切片、凍結切片、パラフィン切片、内耳はsurface preparation、凍結切片、パラフィン切片を作成、蛍光免疫染色と酵素抗体法を行った。floating切片の視交叉上核でのPER1とPER2のみ陽性細胞を確認できたが、蝸牛内の発現は自家蛍光が強く評価困難であった。C57BL/6Jを強大音暴露したが、暴露後24時間後、2週間いずれの群においても日中暴露群は夜間暴露群に比べてABR閾値が上昇しており、先行研究と矛盾する結果であった。

【研究の社会的意義】

本研究では概日リズムが蝸牛の障害に与える影響を調べ、同じ障害条件であっても難聴などの内耳障害を来しにくい時間を見いだすことが目的である。ただし、概日リズムに関するタンパクの発現は脳組織では確認できたが、蝸牛では良い抗体がなく、評価が困難であった。また、音響外傷を来す実験においては、日中暴露群が夜間暴露群に比べて難聴は悪化する結果となた。この結果は、同じ強大音響でも時間帯によって生じる難聴の程度が異なることを意味しているが、先行研究とは逆の結果であり、さらに検討を加える必要がある。

【研究種目】挑戦的研究(萌芽)

【研究期間】2018-06-29 - 2020-03-31

【配分額】6,240千円 (直接経費: 4,800千円、間接経費: 1,440千円)

【研究分野】神経科学およびその関連分野

【研究領域課題番号】17K19442 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

神経科学 / 脳・神経 / シグナル伝達 / 神経活動

【研究成果の概要】

細胞種特異的に多色の次世代GECIプローブを同時に発現する実験システム構築に向けた開発を行い、特に青色GECI (XCaMP-B)、並びに黄色GECI (XCaMP-Y) を創出し、赤/緑GECIなどと共計測する条件を定め、シナプスプレポストに発現するシステムの構築を試みた。一方、活動応答性人工プロモーターE-SAREの原理に基づき、記憶痕跡細胞ネットワークにのみ発現誘導させる遺伝子改変マウスを用い、長期記憶操作実験を実施した。

【研究の社会的意義】

分子生物学・生化学・解剖学・生理学・神経細胞生物学等の手法を結集して、長期記憶の想起を制御する神経細胞ネットワークを同定し、個々の細胞活動をin vivo脳で計測・操作することは、脳神経科学の大きなチャレンジのひとつである。本研究により、従来のシナプス可塑性シグナル解析と遺伝子改変動物の行動学的長期記憶解析との間の大きな溝を埋め、覚醒非拘束動物において記憶想起に必要かつ十分な細胞集団の神経活動動態計測が実現する端緒となる成果が得られた。

【研究種目】挑戦的研究(萌芽)

【研究期間】2017-06-30 - 2019-03-31

【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】認知科学

【研究領域課題番号】17K00209 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

神経科学 / 脳・神経 / 脳情報 / 脳機能計測 / 多感覚統合 / 脳情報学

【研究成果の概要】

左右の音が反転して聞こえるウェアラブルシステムを長期にわたって装着した際の脳活動に基づいて，（視聴覚環境に対する）人間の環境適応性のメカニズムに迫った．視覚情報と聴覚情報の統合モデルの動態（獲得・定着，選択，解除・再獲得等）に着目して脳活動を解析したところ，人間は複数の統合モデルを脳内に保持でき，（視聴覚）入力の誤差が最小となるモデルを排他的に適用することで，自然には存在しない（視聴覚）環境にも適応できることが分かった．

【研究の社会的意義】

本研究成果は，環境適応性という人類の生存や進化に関わる重要な機能の一端を明らかにした点，左右反転立体音響への順応という新しいアプローチが環境適応性の解明において有効であることを示した点に学術的意義がある．また，知能ロボットの環境適応技術，バーチャルリアリティーにおける感覚情報の設計技術，発達障害に対する感覚統合療法を始めとして，多岐にわたる応用まで見据えられる点に社会的意義がある．

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2017-04-01 - 2022-03-31

【配分額】4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)

【研究分野】精神神経科学

【研究領域課題番号】17K16366 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

気分障害 / 脳神経画像 / MRI / NIRS / うつ病 / 双極性障害 / 脳神経疾患 / 神経科学 / 大うつ病性障害 / 脳・神経

【研究成果の概要】

うつ病患者22名と双極性障害患者20名にNIRSおよびMRIを施行し、脳画像指標による判別率の検討を行った。単独で用いた場合（73.8%, 71.4%）と比較して、NIRSおよびMRIの指標を併せて用いることで判別率は上昇した（76.2%）。また、うつ病患者45名を対象としたNIRSによる縦断的検討では、特定の脳領域のNIRS信号が重症度と関連して変動していた。
判別率をより高めるためには、重症度による脳画像指標への影響を制御した検討を行う必要があるが、簡便で時間解像度の高いNIRSと空間分解能が高く脳深部を評価できるMRIを相補的に用いることで、気分障害を高精度に鑑別できる可能性が示唆された。

【研究の社会的意義】

本研究の結果は、より高精度の気分障害鑑別ツールの開発に向けて、複数の脳画像モダリティーを相補的に用いることの有効性を示唆するものである。これにより、NIRSやMRI以外の脳画像モダリティー、あるいは脳画像以外の生物学的指標も含めた、複数の指標による鑑別ツールの研究の推進につながる可能性がある。また、うつ症状の重症度、あるいは状態像が脳画像パラメータに影響を及ぼすことを示唆する結果は、鑑別精度をさらに高めるための今後の課題を提起するものである。

【研究種目】若手研究(B)

【研究期間】2017-04-01 - 2020-03-31

【配分額】4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)

【研究分野】小児科学

【研究領域課題番号】17K10083 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

ダイレクトリプログラミング / iN / エピゲノム / 神経疾患 / 末梢血細胞 / 直接誘導 / iPS細胞 / 神経科学 / 脳神経疾患 / 発生・分化 / 脳・神経

【研究成果の概要】

本研究から、末梢血単核球からセンダイウイルスを用いて効率よく神経細胞への分化転換をさせる技術を構築した。これまでの報告に比べて、迅速かつ生存効率の高い方法である。本法では既存法と同様にグルタミン酸作動性神経細胞が主要素として産生されてくるものの、GABA作動性や、ドパミン作動性神経細胞も産生されてくることが分かった。このことから、迅速な技術の上に、今後、分化指向性を調整することで選択的な神経サブタイプを作りだすことが可能になると考えられる。また、本培養技術で産生された細胞のキャラクターを知るためのハイコンテンツセルイメージャーや1細胞RNAシーケンスを組み合わせる技術も構築できた。

【研究の社会的意義】

本研究を通して末梢血細胞からiPS細胞を介することのない、極めて迅速な神経分化転換技術（ダイレクトリプログラミング）のプラットフォームができ、その詳細な性質も把握できるようになった。さらに、iPS細胞からの分化誘導時と導入している因子がほぼ同じであるにもかかわらず血球細胞からの分化転換ではより多岐のサブタイプの神経細胞が産生されている。これは細胞個々がもつエピジェネティック情報を完全にリプログラミングしていないことも大きな理由の一つであると予想される。そのため、これまで困難であったエピジェネティックに関与する疾患の病態評価や治療法開発に向けて、新しく機能的実験系を提唱できたと考えられる。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2017-04-01 - 2020-03-31

【配分額】4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円)

【研究分野】動物生産科学

【研究領域課題番号】16H06206 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

繁殖 / 反芻家畜 / 細胞株 / GnRHニューロン / キスペプチンニューロン / 獣医学 / 畜産学 / 生理学 / 脳・神経 / 細胞・組織 / 応用動物 / 神経科学

【研究成果の概要】

ウシの最も重要な繁殖障害のひとつである卵胞嚢腫の主な原因は、排卵を誘起するGnRH（gonadotropin-releasing hormone）サージ発生中枢の機能不全であるとされるが、特に家畜におけるサージ発生中枢メカニズムはほとんど解明されていない。本研究は、反芻家畜のGnRHサージ発生中枢制御機構を解明することを目的とした。反芻家畜の繁殖中枢機能を細胞レベルで解析できる、ヤギ視床下部由来の細胞株（排卵中枢キスペプチンニューロン細胞株、卵胞発育中枢キスペプチンニューロン細胞株、GnRHニューロン細胞株）の樹立に成功した。

【研究の社会的意義】

本研究で樹立したヤギのキスペプチンニューロン細胞株およびGnRHニューロン細胞株は、家畜で唯一の視床下部由来神経細胞株であり、ウシを含む反芻家畜における繁殖中枢制御メカニズムの解析や、繁殖制御剤の開発に利用できる。その結果、反芻家畜の中枢性繁殖障害の発症機序が解明され、ウシの受胎率向上に資する新たな治療法が開発されると期待できる。

【研究種目】若手研究(A)

【研究期間】2016-04-01 - 2020-03-31

【配分額】23,790千円 (直接経費: 18,300千円、間接経費: 5,490千円)

【研究分野】神経解剖学・神経病理学

【研究領域課題番号】16K14567 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

神経科学 / 脳・神経 / 発生・分化 / 細胞死

【研究成果の概要】

マウスの全大脳半球培養の際に大量の神経細胞死が生じることを確認し、ある特定の培地成分の有無によって神経細胞死が大きく影響を受けることを発見した。この成分が神経細胞死を誘導する機構を検討し、分子的機序の一部を明らかにした。さらに、この成分による神経細胞死誘導を阻害できる薬剤を見出した。
また、マウス胎生期に一過的に虚血にして神経細胞死等を誘導した際に発現が変動する分子群を同定し、変化の大きいシグナル経路を同定した。

【研究種目】挑戦的萌芽研究

【研究期間】2016-04-01 - 2017-03-31

【配分額】3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円)

【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】知能機械学・機械システム

【研究領域課題番号】16K14190 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

マイクロデバイス / 神経科学 / 再生医療 / 細胞・組織 / マイクロマシン / 組織工学 / マイクロ・ナノデバイス / 脳・神経

【研究成果の概要】

神経変性機構解明のために、神経組織中に神経細胞が高密度で均一に分布するような神経組織を神経幹細胞から作製する技術を開発した。本技術では、蓋付きアガロースゲルチャンバを用いることで、神経幹細胞を密閉した状態で分化誘導するため、組織の３次元形状が制御でき、分化誘導により神経細胞が高密度で均一に分布する組織作製を可能にした。また、ヒトiPS細胞由来神経幹細胞を用いてひも状のヒト神経組織を構築した。最終的に、神経組織をパターニングしたデバイス中で血管内皮細胞と共培養することで、神経組織周辺部に血管内皮細胞による血管網の構築をした。また薬剤投与による神経変性を観察し、本系の薬物実験への有効性を確認した。

【研究種目】挑戦的萌芽研究

【研究期間】2016-04-01 - 2018-03-31

【配分額】3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円)

【研究分野】耳鼻咽喉科学

【研究領域課題番号】16K15717 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

神経科学 / 脳・神経 / 解剖学 / 蝸牛 / 内耳 / 細胞・組織

【研究成果の概要】

既存の透明化手法では蝸牛内全有毛細胞を満足に観察する透明化手法は確立していなかった。我々は改良を加え内耳組織化学で頻用されるMyosin7a,Rhodamine-Phalloidinなどによる蝸牛内全有毛細胞観察に満足する透明化手法を確立した。蝸牛内全有毛細胞観察可能となったことから、有毛細胞情報データベース作成を進めてている。機械学習を用いて蝸牛内全有毛細胞座標情報をもとにコルチ器の直線化を行い、全残存有毛細胞カウントを自動化するプログラムを作成した。プログラム精度は99.7％と高く、蝸牛内推定脱落細胞カルント自動化プログラムもhuman manipulationと高い相関であった。

【研究種目】挑戦的萌芽研究

【研究期間】2016-04-01 - 2018-03-31

【配分額】3,380千円 (直接経費: 2,600千円、間接経費: 780千円)

【研究分野】応用分子細胞生物学

【研究領域課題番号】15H02488 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

概日時計 / 記憶想起 / 時計遺伝子 / 海馬 / cAMP / ドーパミン / 記憶固定化 / 脳疾患 / サーカディアンリズム / 生物時計 / BMAL1 / CREST / 脳・神経 / 記憶 / 神経科学 / 想起

【研究成果の概要】

時計遺伝子BMAL1のコンディショナル変異マウスを用いた解析から、BMAL1によって産生される海馬の時計機能が社会認知記憶及び恐怖条件づけ文脈記憶などの海馬依存性記憶想起を制御すること、さらに、記憶想起の効率が時間帯によって変化することが本研究によって初めて明らかとなった。この海馬時計による想起には神経伝達物質ドーパミンからドーパミン受容体D1/D5、そして、cAMP産生に至る情報伝達経路の活性化が必要であることも明らかにされ、記憶想起を担う分子機構も解明された。

【研究の社会的意義】

本研究から、思い出（想起）しやすい時間帯と、思い出しにくい時間帯があり、時計遺伝子BMAL1を中心とする体内時計がこの記憶想起を制御することが初めて明らかにされた。さらに、この記憶想起にはドーパミンによるcAMP情報伝達経路の活性化が必要とされる分子機構も明らかにされた。これまでに記憶想起の分子機構は明らかにされていなかったが、この記憶想起の分子機構に基づき、記憶想起改善の観点から、新たな認知症治療開発や、加齢に伴う認知機能低下の対策が進むと考えられる。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2015-04-01 - 2019-03-31

【配分額】33,540千円 (直接経費: 25,800千円、間接経費: 7,740千円)

【研究分野】神経生理学・神経科学一般

【研究領域課題番号】15K14309 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

神経科学 / 生理学 / 生体分子 / 脳・神経 / 遺伝子 / シナプス伝達 / 可塑性 / カルシウム

【研究成果の概要】

これまで機能がほとんど解明されていないカルシウム動態調節分子の役割を明らかにすることを試みた。この分子のシナプス部位特異的遺伝子改変マウスを作製し機能解析を行った。海馬スライス標本を用いた電気生理学的解析においては、シナプス後部特異的な分子Ａ欠損マウスでは長期増強が有意に減弱し、シナプス前終末特異的分子Ａ欠損マウスでは、低頻度持続刺激によるシナプス応答が増大することを見出した。行動実験においては、分子Ｂ欠損マウスにおいて、異常がある可能性を見出した。

【研究種目】挑戦的萌芽研究

【研究期間】2015-04-01 - 2017-03-31

【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】神経解剖学・神経病理学

【研究領域課題番号】15H02355 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

大脳皮質 / 発生・分化 / 層構造 / 神経科学 / 脳・神経

【研究成果の概要】

大脳皮質の興奮性神経細胞は脳室面近くで産生されたのち放射状に移動し、脳表面に平行な多層構造を作る。この層構造は、移動終点にある細胞から分泌されるリーリン分子が欠損すると全体として逆転するが、リーリンの作用機序はよくわかっていなかった。本研究では、リーリンが神経細胞に直接作用して、N-カドヘリン依存的な相互接着を一過的に促進することを見出し、確かに正常脳では脳表面直下に細胞が縦に並んだクラスターが形成されることを示した。

【研究の社会的意義】

大脳皮質は進化の最高傑作とも言われ、様々な高次脳機能を担っている。統合失調症など様々な精神神経疾患で、発生過程に微細な異常が生じることが生後の発症リスクを高める可能性が示唆され、注目されている。本研究でその大脳皮質発生過程における機能の一端を明らかにしたリーリンは、ゲノム解析などで統合失調症などとの関連が強く示唆されている分子でもあり、それら疾患の発症機序解明にも資する可能性が考えられる。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2015-04-01 - 2019-03-31

【配分額】42,770千円 (直接経費: 32,900千円、間接経費: 9,870千円)

【研究分野】神経化学・神経薬理学

【研究領域課題番号】15H02358 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

神経科学 / 脳・神経 / 遺伝子 / シグナル伝達

【研究成果の概要】

本研究課題では、生きた脳内におけるニューロンへのCa2+/カルモジュリン依存的な情報書込み過程を解明するため、①新規改良Ca2＋シグナリングセンサー群の開発し、②１光子イメージングによるCa2+シグナル・Ca2+エフェクター活性化の伝播・情報処理過程の解明を成体脳・発達期脳で進めた。さらに③長期記憶の固定におけるCa2+/カルモジュリン依存的な情報処理の高次機能発現における役割の解明をめざし、「神経回路への情報書込み」の分子的実体に迫る成果をいくつか得た。今後ともこれらの成果を元に、脳の根本的な作動原理の一端が一層明らかになるとともに、脳機能の計測から操作に至る基盤技術の開発が期待される。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2015-04-01 - 2018-03-31

【配分額】42,510千円 (直接経費: 32,700千円、間接経費: 9,810千円)

【研究分野】ゲノム生物学

【研究領域課題番号】15H02370 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

ゲノム / 遺伝子 / 遺伝学 / 神経科学 / 発生・分化 / ゼブラフィッシュ / 遺伝子トラップ / 脳・神経 / 器官形成

【研究成果の概要】

（１）遺伝子トラップスクリーンを実施し、さまざまな細胞・組織・器官特異的にGal4FFを発現するトランスジェニックフィッシュを多数作製した。これらの系統におけるトランスポソン挿入部位を決定した。
（２）細胞・組織・器官特異的Gal4FF発現トランスジェニックフィッシュを基に共同研究を実施し研究成果を英文論文40報として発表した。
（３）ボツリヌス毒素遺伝子を用いてGal4FF発現神経細胞の機能を効率良く阻害するシステムの開発に成功した。カルシウムイメージングを行い、エサなどの視覚刺激が食欲の中枢である視床下部下葉を活性化する神経回路を発見した。恐怖条件付け学習に必須な終脳の神経回路を同定した。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2015-04-01 - 2018-03-31

【配分額】42,900千円 (直接経費: 33,000千円、間接経費: 9,900千円)

【研究分野】基盤・社会脳科学

【研究領域課題番号】26560457 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

脳神経 / 神経科学 / シグナル伝達

【研究成果の概要】

本研究では、近年開発されたケミカルタグを用い、シナプス可塑性と連動して発生するグルタミン酸受容体の側方拡散とexo-endocytosisを、スパイン等の局所ミクロドメインにて、高感度かつ実時間で計測する手法の開発を試みた。膜非透過性低分子プローブの蛍光標識条件の最適化を実施し、海馬初代培養神経細胞への遺伝子導入の最適化を行い、受容体ダイナミクスのイメージング計測法を開発した。さらにパルスチェース測定可能な蛍光リガンドのスクリーニングを行い可視化実験に供することのできるコンパウンドを同定した。予備的にこれらのイメージング条件を統合し、可塑性刺激時のGluA1の動態計測を実施した。

【研究種目】挑戦的萌芽研究

【研究期間】2014-04-01 - 2015-03-31

【配分額】3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円)

【研究分野】生体医工学・生体材料学

【研究領域課題番号】26560202 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

脳・神経 / 神経科学 / 神経工学 / 細胞・組織 / ナノバイオ

【研究成果の概要】

パーキンソン病（PD）は運動障害が主症状とされるが，その発現時には神経変性が進行していることが知られており，早期診断手法の確立が重要である．本研究では早期症状の1つとされる不安やうつに関係する海馬と，海馬に投射しかつ早期段階で変性が進む縫線核（5-HT作動性ニューロンを含む）を電極アレイ基板上で共培養したPDモデル系を構築した．海馬の典型的な自発電気活動パターンとして知られている同期バーストの発生頻度が共培養系では低下する，HCの情報処理（パターン分離）性能にはニューロン新生が関与するという知見を得た．

【研究種目】挑戦的萌芽研究

【研究期間】2014-04-01 - 2016-03-31

【配分額】3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円)

【研究分野】神経生理学・神経科学一般

【研究領域課題番号】26640014 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

脳・神経 / 神経科学 / 記憶制御 / 海馬 / 記憶固定化 / 記憶再固定化 / 行動学 / 記憶 / 固定化 / 想起

【研究成果の概要】

記憶固定化の意義として、「組織レベルの固定化 = 海馬非依存的記憶への変化」と考えられている。本課題では、我々が開発した恐怖条件付け文脈課題をベースにした解析系を用いて、他グループの知見を再現しつつ、「古い記憶」の性状を解析し、「組織レベルの固定化」の意義を再考し、「古い記憶」制御に対する海馬の役割を再検証した。その結果、古い恐怖記憶を長く想起させると海馬が活性化され、より正確な記憶が想起され、海馬依存性が高まることが強く示唆された。以上より、組織レベルの固定化が完了した古い記憶の場合、短い想起時間では海馬は活性化されず、海馬が活性化され、正確な記憶が想起されるまでに時間を要すると考察した。

【研究種目】挑戦的萌芽研究

【研究期間】2014-04-01 - 2016-03-31

【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】神経生理学・神経科学一般

【研究領域課題番号】26290003 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

硬骨魚類 / 神経ペプチド / 社会行動 / ゲノム編集 / 配偶者選択 / 個体認知 / オキシトシン / 神経科学 / 脳・神経 / 遺伝子 / 行動発達 / 脳機能地図 / 行動学 / 生態学 / 社会性行動 / メダカ / ホルモン / バソトシン / 社会脳 / 小型魚類 / 条件的遺伝子操作法 / IR-LEGO

【研究成果の概要】

メダカの三者関係(オス、オス、メス)において、「オスがライバルオスよりもメスから近い位置を維持するように、ライバルオスとメスとの間に割り込む」という形で配偶者防衛を示すことを発見した。メダカ変異体を用いた行動実験の結果、バソトシンシステムが配偶者防衛においてライバルオスに勝つために必要であることを示した（PLoS Genetics 2015). さらに配偶者防衛行動は、ライバルオスの性行動を妨害するだけでなく「ライバルオスを記憶できないようにすることで、自らが配偶相手として選ばれる確率を上昇させる」という意義も存在することが示唆できた（Frontiers in Zoology, 2016).

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2014-04-01 - 2017-03-31

【配分額】16,640千円 (直接経費: 12,800千円、間接経費: 3,840千円)

【研究分野】神経生理学・神経科学一般

【研究領域課題番号】26250003 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

神経線維 / 樹状突起 / 軸索 / カルシウム / スパイン / 脳・神経 / 神経細胞 / イメージング / 神経科学

【研究成果の概要】

光学測定系を工夫・改善し、300個以上のシナプスから100 Hzという高速での撮影を可能にした。この革新的な新技術を用いて、
i）海馬CA3野樹状突起の回路演算様式を解析した結果、興奮性入力と抑制性入力のバランスが線維の局所では崩れていることを見出した。この結果はCell Report誌で発表した。
ii）経験によって一度活動したCA1野神経細胞は、上流のCA3野からの精密な軸索回路による特異的入力によって再活性化すること、また樹状突起イメージングを行うことで、この再活動そのものを繰り返すことによって再活性化する細胞セットの精度が高まることを発見した。この結果はScience誌に報告した。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2014-04-01 - 2018-03-31

【配分額】39,910千円 (直接経費: 30,700千円、間接経費: 9,210千円)

【研究分野】発生生物学

【研究領域課題番号】26291047 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

神経遺伝学 / ショウジョウバエ / 軸索投射 / 受容体型膜タンパク質 / 軸索間相互作用 / 神経生物学 / 神経回路形成 / カドヘリン / リガンド・受容体 / 視神経系 / 発生・分化 / 神経科学 / シグナル伝達 / 脳・神経 / 遺伝子 / 発生生物学 / 軸索誘導 / 視覚神経系

【研究成果の概要】

Fmiの機能解析をサナギ初期において初めて行ったところ、Fmiはフィロポーディアの形成と伸長を促進する機能を持っていることがわかり、Gogoはこれを抑制する機能を持っていることが分かった。このGogoの機能が、サナギ初期でR8軸索どうしが距離を一定に保つことにつながっている。サナギの後半でGogoの発現が弱くなると、Fmiのフィロポーディア伸長のスイッチが入り、R8がM3に到達することになる。これは、軸索どうしの一定間隔の維持に、フィロポーディアの活動を抑制するというGogoの機能が深く関係していることを示唆している。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2014-04-01 - 2017-03-31

【配分額】16,770千円 (直接経費: 12,900千円、間接経費: 3,870千円)

【研究分野】認知科学

【研究領域課題番号】26730078 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

神経科学 / 脳・神経 / 脳情報科学 / 脳機能計測 / 感覚情報処理 / 多感覚統合

【研究成果の概要】

左右が反転した立体音響空間をウェアラブルに実現し，この特殊空間への約1ヶ月間に亘る接触時における順応過程を脳磁界計測法を用いて調べた．この接触によって，新しい統合ルールに基づいて情報間の誤差を補正する知覚と関連した早い順応，統合処理の優先度を変化させる行動と関連した遅い順応，およびそれらの中間過程の存在が明らかになった．また早い順応と遅い順応は，各々，脳リズムと誘発応答に反映されていると考えられた．マルチモーダル感覚情報処理は，一般にユニモーダルな脳活動の和では説明できない付加活動の観点から議論されてきたが，動的特性を有する構造化された脳リズムも重要であることが本研究によって明らかになった．

【研究種目】若手研究(B)

【研究期間】2014-04-01 - 2017-03-31

【配分額】3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円)

【研究分野】知能機械学・機械システム

【研究領域課題番号】26630088 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

マイクロ・ナノデバイス / マイクロマシン / 再生医療 / 神経移植 / 脳・神経 / 細胞・組織 / 神経科学

【研究成果の概要】

本研究課題では，移植医療に応用できるように神経細胞と生体適合性材料から形成される直径100-200 μm，長さ数メートルのバイオ神経インターフェースの構築を目指した。最初にマウスの神経幹細胞から形成される神経ファイバーの安定的な構築方法を確立した。次に、神経細胞ファイバー４８本から形成される神経ファイバーバンドルを作製し、脊髄損傷モデルマウスへの治療効果を確認するため移植実験を行った。移植した神経ファイバーバンドル内部の神経幹細胞は、マウス脊髄に生着し術後２ヶ月で神経細胞、グリア細胞、オリゴデンドロサイト細胞に分化していることが確認できた。

【研究種目】挑戦的萌芽研究

【研究期間】2014-04-01 - 2016-03-31

【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】身体教育学

【研究領域課題番号】25242058 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

身体 / 時間 / 空間 / 知覚 / 適応性 / 最適化 / 脳 / 身体教育学 / 脳・神経 / 認知科学 / 神経科学 / 実験心理学 / 体性感覚 / 時間順序判断 / 知覚適応 / ベイズ推定 / 機能的磁気共鳴画像 / 経頭蓋磁気刺激 / 実験系心理学 / 事象関連電位 / パタンランダムネス残効

【研究成果の概要】

本研究は，独自の心理物理学的発見に基づき，ヒトの身体知覚の時空的適応性の神経機序を探究した．機能的磁気共鳴画像法により，両手間の時間順序判断における確率論的最適化に関連する脳部位の候補を検出した．そして脳波によって関連脳部位候補の活動時間帯を推定し，経頭蓋磁気刺激による機能阻害実験を行った．これらの一連の脳機能計測の結果，事前の経験に応じて身体部位間の時間順序の判断精度を向上することに関与している脳部位が示された．心理物理学的研究では，知覚の時空間的相対性を表す Kappa効果が触覚判断課題と運動再生課題では正反対の作用として生じることを明らかにするなどの新たな知見を得た．

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2013-04-01 - 2017-03-31

【配分額】37,700千円 (直接経費: 29,000千円、間接経費: 8,700千円)

【研究分野】神経生理学・神経科学一般

【研究領域課題番号】25640007 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

神経科学 / 生理学 / 脳・神経 / ニューロン / シナプス

【研究成果の概要】

生きた動物個体の脳において、活動性の高い神経細胞に光を用いて自由に遺伝子導入できる技術を開発することが本研究の目的である。In vivoカルシウムイメージングによって同定された活動性の高いニューロンに、フェムト秒パルスレーザーを用いて細胞膜の光穿孔を行うことで、広い範囲（500ミクロン四方）に分布するニューロン一つ一つに独立に外来遺伝子を導入することを可能にする。これまでに、マウス個体脳において光穿孔を行うための条件検討を開始した。蛍光色素を脳内の細胞外領域に注入し、個々のニューロンの近傍で光照射を行い、細胞内に蛍光色素が取り込まれるかどうかで光穿孔を確認した。脳内の様々な深さにおいて、光穿孔に必要なレーザー強度、パルス幅、繰り返し頻度について検討を行った。皮質の表面近傍では光穿孔が可能であることは確認されたが、さらに深層のニューロンに光穿孔を行うための条件検討が必要であることが判明した。また、活動性の高いニューロンを同定するためのin vivoカルシウムイメージングの感度を向上させ、効率を高めるために、新規の高感度カルシウム感受性指示薬について、脳スライス標本およびマウス生体内でその特性を検討した。その結果、マウス生体内においても１発の活動電位で起こるカルシウム濃度変化を高いS/N比で検出するできることが確認された。さらに、活動性の高い神経細胞の活動を長期にわたって観察し、かつ、光による活動操作を行うために必要なカルシウムセンサータンパク質やチャネルロドプシンなどの分子を、光穿孔によって導入するためのプラスミドを作製した。

【研究種目】挑戦的萌芽研究

【研究期間】2013-04-01 - 2014-03-31

【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】神経生理学・神経科学一般

【研究領域課題番号】25640005 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

神経科学 / 脳・神経 / 遺伝子 / 神経伝達物質受容体 / シナプス伝達

【研究成果の概要】

中枢神経系のNMDA受容体は、シナプス伝達の可塑的調節に関与し、個体レベルでは、記憶・学習のような高次脳機能の制御だけでなく、種々の精神神経疾患にも関与する。その活性化には、グルタミン酸と同時にコアゴニストであるD－セリンの結合が必須である。本研究計画では、マウス海馬スライス標本のCA1領域の錐体細胞において、シナプス内外でNMDA受容体に対するD－セリンの効果が異なることを確認した。また、D-セリン合成酵素であるセリンラセマーゼのノックアウトマウスにおけるシナプス可塑性の異常を示唆する予備的なデータを得た。

【研究種目】挑戦的萌芽研究

【研究期間】2013-04-01 - 2015-03-31

【配分額】4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)

【研究分野】医用生体工学・生体材料学

【研究領域課題番号】24650249 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

脳・神経 / 神経変性疾患 / 細胞・組織 / 神経科学 / ナノバイオ / 分子認識

【研究成果の概要】

アルツハイマー性神経障害の発生，伝搬過程を可視化する細胞培養マイクロデバイスを開発した．多数のマイクロ電極を集積化した基板上にシリコンゴム製の立体構造物を利用して複数の細胞培養区画を配置し，区画間をトンネルで連絡する構造とした．ラット海馬から採取した神経細胞を培養し，アルツハイマー性障害発生原因物質の有力な候補とされているβアミロイド投与による神経変性障害発生・伝搬の様子を電気活動，細胞内Ca濃度変化計測により評価し，Caの細胞内過剰流入を示唆する結果を得た．

【研究種目】挑戦的萌芽研究

【研究期間】2012-04-01 - 2014-03-31

【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】神経科学一般

【研究領域課題番号】24650172 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

神経科学 / 脳・神経 / 記憶再固定化 / 記憶消去 / 記憶想起 / 記憶アップデート / タンパク質分解 / 記憶固定化

【研究成果の概要】

我々は、獲得した情報を常に独立した記憶として新規保存しているわけではなく、新しい情報を既存の記憶に結びつける「記憶アップデート」を随時行っている。しかし、記憶アップデートの分子基盤はほとんど理解されていない。本課題では、複数のマウス記憶課題を用いて、記憶アップデートが誘導される場合に脳内でプロテオソーム依存的タンパク質分解が誘導されることを発見した。一方、記憶形成時にはこのタンパク質分解は観察されなかった。また、薬理学的手法を用いた解析では、このタンパク質分解を阻害すると記憶アップデートが阻害された。以上の結果から、プロテオソーム依存的タンパク質分解が記憶アップデートの起点となると結論した。

【研究種目】挑戦的萌芽研究

【研究期間】2012-04-01 - 2014-03-31

【配分額】3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円)

【研究分野】神経科学一般

【研究領域課題番号】24500394 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

大脳皮質 / ニューロン / 分化 / 遺伝子発現 / 大脳新皮質 / 発生・分化 / 脳・神経 / 神経科学 / 転写因子

【研究成果の概要】

知覚や随意運動などの高次の機能を担う大脳の新皮質は、発生の過程で神経幹細胞が経時的に異なるニューロンを生み出すことで６層の構造を形成する。本研究では大脳皮質の形成原理を理解するために、神経幹細胞からニューロンへの分化の過程で作動する遺伝子プログラムに焦点をあて、層特異的なニューロンの分化機構について解析を行った。まずマウスの大脳皮質において各層の神経前駆細胞に発現する遺伝子群を網羅的に同定し、これら遺伝子のニューロンの分化における機能について検証した。一連の解析により、大脳皮質の神経回路形成における層特異的遺伝子プログラムを介した樹状突起のパターニングおよび配置決定機構について明らかにした。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2012-04-01 - 2015-03-31

【配分額】4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円)

【研究分野】神経科学一般

【研究領域課題番号】24300117 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

シナプス / 長期記憶 / 海馬 / Arc / CaMKII / 活動依存的遺伝子発現 / 可塑性 / 神経科学 / 脳・神経 / 遺伝子 / シグナル伝達

【研究成果の概要】

シナプスで起った可塑的変化を長い期間にわたり保持・持続するためには、活動依存的な新規遺伝子発現が必須である。しかし誘導された遺伝子産物がシナプス機能制御を行うメカニズムは不明な点が多い。本研究では代表的な活動依存的遺伝子の１つArcに注目し、そのシナプス制御機構および生理機能について解析を行った。その結果、ArcとCaMKII複合体による逆シナプスタグという新しい仮説を提唱した。また、転写コアクチベーターCRTC1がArc発現に果たす役割を解析し、Arcエンハンサーを介した活動依存的な遺伝子発現やシナプス機能および認知機能を調節していることを明らかにした。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2012-04-01 - 2015-03-31

【配分額】19,240千円 (直接経費: 14,800千円、間接経費: 4,440千円)

【研究分野】神経科学一般

【研究領域課題番号】24220010 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

神経科学 / 脳・神経 / 体液恒常性 / イオンチャネル / シグナル伝達 / 水分摂取 / 塩分摂取 / 脳弓下器官 / イオンチャンネル

【研究成果の概要】

脳弓下器官(SFO)に、分界条床核腹側部(vBNST)へ投射して水欲求を制御する“水ニューロン”、あるいは終板脈官器官(OVLT)に投射して塩欲求を制御する“塩ニューロン”と呼ぶべき、AT1a陽性ニューロンの集団があることを見出した。前者はコレシストキニンの、後者はNa+の濃度上昇で活性化する、異なるGABA作動性ニューロンから、それぞれ抑制的制御を受けていた。また、脳内Na+センサー、NaxのNa+濃度感受性がエンドセリン-3によって調節されること、OVLTにおいて、Naxのシグナルがエポキシエイコサトリエン酸を介してTRPV4陽性ニューロンを活性化し、水摂取を制御していることを見出した。

【研究種目】基盤研究(S)

【研究期間】2012-05-31 - 2017-03-31

【配分額】223,600千円 (直接経費: 172,000千円、間接経費: 51,600千円)

【研究分野】医用生体工学・生体材料学

【研究領域課題番号】23240065 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

脳神経疾患 / 細胞・組織 / シグナル伝達 / ナノバイオ / 脳・神経 / 神経科学 / 神経工学 / 分子認識

【研究成果の概要】

難治性てんかんに対する治療手法として臨床医療の場で用いられている迷走神経刺激療法VNSの作用機構解明に向けて，刺激を直接受容する脳幹の神経核（青斑核，縫線核）と，その標的組織である海馬から神経細胞を採取して培養系に再構成，電気活動時空間パターンの計測と解析を行った．海馬培養神経回路網は，全体で同期したバースト発火を繰り返し生じることが特徴とされているが，脳幹神経核のニューロン群の活動には同期性は認められず，これらと共培養した場合は海馬の周期活動も抑制される傾向が認められた．脳幹神経核に対する電気刺激により外部からその活動を制御し，VNSが有効に作用する最適条件を見出すことが今後の課題である．

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2011-04-01 - 2015-03-31

【配分額】48,100千円 (直接経費: 37,000千円、間接経費: 11,100千円)

【研究分野】神経・筋肉生理学

【研究領域課題番号】23800019 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

神経科学 / 脳・神経 / 神経 / ニューロン / シナプス / スパイン / 樹状突起 / 回路 / イメージング / カルシウム

【研究成果の概要】

新規に開発した大規模スパインイメージング法を用いて、海馬ニューロンの樹状突起におけるシナプス入力の時空間パターンを観察することに成功した。興奮性ニューロンにおいては近傍のスパインが同時に活動していたことから、同期入力が樹状突起の局所に集約されていることが見いだされた。一方で、Parvalbumin陽性の抑制性ニューロンにおいては同期入力が分散型であることを見いだし、ニューロン種特異的なシナプス入力の空間制御が存在することを明らかにした。

【研究種目】研究活動スタート支援

【研究期間】2011

【配分額】1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)

【研究分野】神経・筋肉生理学

【研究領域課題番号】23500469 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

シナプス形成 / シナプス可塑性 / 神経栄養因子 / シナプス / 海馬 / 神経科学 / 脳・神経 / 神経細胞 / 可塑性

【研究成果の概要】

分泌型シナプス形成因子であるCbln1は、２つの受容体GluD2とNeurexinの機能をリンクさせ、シナプスの形成と分化を制御する。海馬CA1神経細胞においては最も遠位部のTA層に、GluD2に類縁するGluD1受容体が限局して局在しており、TAシナプスで観察されるLTDの成立に関与することが明らかとなった。またノックアウトマウスの解析から GluD1の区画化には、Cbln1、Cbln4が必須であることを見出した。このことはneurexin－Cbln－GluDタンパク質複合体が小脳以外でのシナプス形成および神経回路構築においても機能することを強く示唆するものである。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2011 - 2013

【配分額】5,460千円 (直接経費: 4,200千円、間接経費: 1,260千円)

【研究分野】神経科学一般

【研究領域課題番号】23300120 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

神経科学 / 脳・神経 / 記憶再固定化 / 記憶消去 / 記憶想起 / 記憶固定化 / 海馬 / 扁桃体 / CREB / ERK

【研究成果の概要】

記憶想起後には、記憶を維持あるいは強化する再固定化と、逆に、記憶を減弱させる消去の二つの相反するプロセスが誘導される。本課題では、想起後に再固定化から消去へと記憶フェーズが移行するメカニズムの解明を目指した。転写因子CREBのリン酸化、ERKのリン酸化、プロテオソーム依存的タンパク質分解などの活性化を指標にして、再固定化ニューロンと消去ニューロンを海馬、扁桃体、前頭前野皮質において同定した。さらに、消去が誘導されると、海馬では、再固定化ニューロンが不活性化され、ERKが活性化された消去ニューロンが現れることを発見し、海馬の活性制御が想起後の記憶フェーズシフトを行う鍵となると考察した。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2011-04-01 - 2014-03-31

【配分額】15,080千円 (直接経費: 11,600千円、間接経費: 3,480千円)

【研究分野】神経科学一般

【研究領域課題番号】23220008 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

神経科学 / 生理学 / 生体分子 / 脳・神経 / 遺伝子 / シナプス / 可塑性 / 海馬

【研究成果の概要】

シナプス前終末の細胞内小器官に存在するカルシウム動態を調節する複数の機能分子の役割を明らかにするために、それらの分子の遺伝子改変マウスを用いて興奮性シナプス伝達を解析したところ、シナプス前性のシナプス可塑性に異常があることを見出した。また、神経伝達物質放出を制御する蛋白複合体と相互作用するシナプス前分子の機能解析を行ったところ、神経伝達物質の放出の制御とシナプス前終末内のシナプス小胞の動態に関与することが明らかとなった。さらに、シナプス前終末に存在する蛋白リン酸化酵素によるリン酸化により、シナプス前性の短期シナプス可塑性が修飾されることを見出した。

【研究種目】基盤研究(S)

【研究期間】2011-04-01 - 2016-03-31

【配分額】214,500千円 (直接経費: 165,000千円、間接経費: 49,500千円)

【研究分野】融合基盤脳科学

【研究領域課題番号】23300148 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

脳・神経 / 高性能レーザー / 運動野 / 大脳皮質 / 神経科学

【研究成果の概要】

高次運動野（M2）と一次運動野（M1）の間での機能的・解剖学的シナプス結合様式を系統的に調べた。ChR2光刺激法と電気記録を組み合わせることで、M2からM1へは主に5層から、M1からM2へは主に2/3層からシナプス投射していることを見出した。逆行性および順行性蛍光トレーサーの実験においてこの機能結合層非対称性は支持された。またアデノ随伴ウイルスを用いてGCaMPを広域の大脳皮質の神経細胞に発現させ、それを広範囲に２光子イメージングする実験系を覚醒マウスにおいて確立した。ChR2の光刺激時間を長くすることで複雑運動の大脳皮質における表現様式を系統的に明らかにした。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2011-04-01 - 2015-03-31

【配分額】20,020千円 (直接経費: 15,400千円、間接経費: 4,620千円)

【研究分野】脳神経外科学

【研究領域課題番号】23659683 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

神経画像診断学 / 脳機能画像 / バーチャルリアリティ / 神経科学 / 脳・神経 / 医用画像処理 / コンピュータグラフィックス

【研究成果の概要】

複数の医用画像データを融合させた三次元画像の構築手法を開発した。提案手法による融合三次元画像は異なる医用画像データのレジストレーション制限を克服し、高い空間分解能を有し、複雑化した3次元表示の視認性向上に成功した。提案手法による融合三次元画像は東京大学医学部付属病院脳神経外科で235症例に臨床応用され、高い有用性が示された。ビデオモニターを用いた拡張現実法による手術シミュレーションを開発した。提案手法は同病院にて15症例に臨床応用され、その有用性が示された。

【研究種目】挑戦的萌芽研究

【研究期間】2011 - 2012

【配分額】4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)

【研究分野】眼科学

【研究領域課題番号】23592549 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

眼細胞生物学 / RGC障害評価動物モデル / 緑内障 / 疾患モデル動物 / 遺伝子 / シグナル伝達 / 脳神経疾患 / 脳・神経 / 神経科学 / 遺伝子改変動物

【研究成果の概要】

網膜の神経節細胞の障害を経時的に可視化して評価可能なシステムの研究開発は、緑内障などの重要な眼疾患の本体が視神経症であることから、創薬の効果の評価にとってもきわめて有用な系である。我々は、蛍光色素(CFP)によってその網膜障害を経時的に数値化して評価できるCFP/Vavマウスを研究開発し解析した。その結果、障害数の解析だけではなく障害パターンの解析も可能な評価系であることが示され、極めて有効であることを認めた。網膜の神経節細胞に有効なことは脳神経にも応用可能であり、今後の発展性が見込まれる。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2011 - 2013

【配分額】5,330千円 (直接経費: 4,100千円、間接経費: 1,230千円)

【研究分野】神経科学一般

【研究領域課題番号】22300106 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

脳・神経 / 遺伝学 / シグナル伝達 / 神経科学

【研究成果の概要】

mTORシグナルは結節性硬化症や自閉症といったヒトの疾患に深く関与することから、神経細胞において重要な役割を担っていることが考えられる。そこで、活性化型mTOR変異体を用いて、神経細胞において直接mTOR経路を亢進することができるトランスジェニックマウスの作製・解析を行った。前脳におけるmTORの活性化はてんかん発作および神経変性を引き起こし、小脳においてはプルキンエ細胞の形態とシナプス除去に異常が観察された。これらの研究を通してmTOR経路の破綻による疾患の理解が深まることが期待できる。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2010 - 2012

【配分額】17,940千円 (直接経費: 13,800千円、間接経費: 4,140千円)

【研究分野】神経化学・神経薬理学

【研究領域課題番号】22240041 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

大脳皮質 / 発生・分化 / 細胞移動 / 神経科学 / 脳・神経

【研究成果の概要】

哺乳類特有の脳構造である大脳皮質脳室下帯／多極性細胞蓄積帯MAZにおいて、それを構成する細胞の産生様式を制御する分子の検索を行い、機能解析や比較ゲノム解析の結果、重要な候補分子を見いだした。さらに、MAZの多極性移動神経細胞に発現する受容体とその内在性リガンドを複数同定するとともに、多極性移動神経細胞の特徴的な動態がPI(3,4)P2-ラメリポディン-Ena/VASP-アクチン系によって制御されることを見いだした。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2010-04-01 - 2014-03-31

【配分額】49,660千円 (直接経費: 38,200千円、間接経費: 11,460千円)

【研究分野】認知科学

【研究領域課題番号】22700278 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

脳・神経 / 神経科学 / 計測工学 / 生体生命情報学 / 認知科学

【研究成果の概要】

外部環境に対する迅速な適応を実現している異種感覚情報処理では,異種感覚刺激の変化に対して認知的・行動的な決定が行われる大分前から感覚活動の変調が見られ,その背景には低周波帯域を使用した感覚処理間の迅速な相互情報伝播が存在することが分かった.従って,異種感覚情報処理は単なる単一感覚処理に基づく上位集約処理ではなく,感覚処理間で情報をやり取りする下位連携処理でもあり,これによって迅速な適応を実現していると考えられた

【研究種目】若手研究(B)

【研究期間】2010 - 2012

【配分額】3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円)

【研究分野】脳神経外科学

【研究領域課題番号】22591608 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

機能脳神経外科学 / 脳・神経 / 脳神経 / 経頭蓋磁気刺激 / 脳血流 / 神経科学 / 再生医療

【研究成果の概要】

大脳皮質内に生じる誘起電流を正確に予想することが必要であるので、反復経頭蓋磁気刺激療法(rTMS)コンピューターシミュレーションを行った。MRI撮影から画像処理して、脳、とそれ以外に分けた脳内誘起電流分布を、5mmメッシュのサイズで、3次元シミュレーションに成功した。rTMSした際に、大脳皮質においてどのような血流変化が生じるかを検討することは重要である。直径20mmのラット用8の字コイルを用いて、レーザースペックル血流計により、脳表血流を測定した。結果は5Hzの高頻度刺激により、刺激脳表の血流は増加した。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2010 - 2012

【配分額】4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)

【研究分野】医用生体工学・生体材料学

【研究領域課題番号】21650106 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

脳・神経 / 神経科学 / 細胞・組織 / 分子認識 / ナノバイオ

【研究成果の概要】

平成22年度の研究実施計画として設定した2つの課題に対して以下の成果を得た.
1.マイクロ構造を利用した共培養チャンバの設計と製作
2つの独立した共培養系をマイクロ通路で結合する細胞培養チャンバの製作プロセスにつき検討した.PDMS (poly-dimethylsiloxane)を利用して,2つのマイクロチャンバとそれを結ぶトンネル構造を形成した。2つのマイクロチャンバに播種した細胞をそれぞれPKH26,67蛍光色素で染色し,細胞体の分離培養が維持されていることを確認した.両領域の底面に設置したマイクロ電極群による細胞電気活動記録により,領域間に機能的なシナプス結合が形成されていることがわかった.
2.高頻度刺激により誘導される可塑的変化に対する神経調節物質の効果
MEA (Micro-Electrode Array)基板上に形成した大脳皮質培養神経回路において,ACh受容体に対するアゴニストであるCarbachol投与に対する細胞内Caイオン濃度上昇と自発電気活動の亢進が誘導されることを確認した.自発電気活動亢進の条件下で,重畳して観測される誘発応答の検出・解析手法確立に向けてさらに検討を要することがわかった.

【研究種目】挑戦的萌芽研究

【研究期間】2009 - 2010

【配分額】3,200千円 (直接経費: 3,200千円)

【研究分野】神経科学一般

【研究領域課題番号】21650078 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

大脳皮質 / 発生・分化 / 神経科学 / 脳・神経 / 細胞移動

【研究成果の概要】

高度な知能・精神活動などを担う大脳新皮質を、哺乳類が進化において獲得した仕組みの一端を示した。すなわち、他の神経細胞の活動を抑制する働きをする「抑制性神経細胞」と呼ばれる細胞の移動能が、哺乳類で新皮質内に進入できるように変化したことが鍵を握ることを発見した。大脳新皮質の抑制性神経細胞は、統合失調症などの精神疾患と関連する可能性が近年注目されており、ヒトが高度な脳機能を獲得した仕組みの解明につながる可能性がある。

【研究種目】挑戦的萌芽研究

【研究期間】2009 - 2011

【配分額】3,400千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 300千円)

【研究分野】神経科学一般

【研究領域課題番号】21220006 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

神経科学 / 生理学 / 脳・神経 / シナプス / 生理活性物質 / シグナル伝達 / シナプズ

【研究成果の概要】

これまでの研究を継続・発展させ、平成25年度に以下の研究を行った。脳スライス及びin vivoの個体脳の解析は狩野が、培養海馬ニューロンの解析は少作が、行動学的解析は岸本と狩野が担当した。また、遺伝子改変マウスの維持は崎村が担当した。
１． 内因性カンナビノイド(eCB)系によるNMDA受容体機能調節のメカニズム： 逆行性シナプス伝達を担うeCBである2-アラキドノイルグリセロール(2-AG)の合成酵素DGLαの欠損マウスと、2-AGの受容体であるCB1の欠損マウスの側坐核中型有棘ニューロンの興奮性シナプスにおいて、NMDA受容体機能の低下が認められた。その原因として、NR2Bサブユニットを含むNMDA受容体の寄与が低下していることを示す電気生理学的所見を得た。
２．大脳基底核の運動学習におけるeCB系の役割：　3レバーオペラント課題のマウスへの適用について、平成２４年度に引き続き検討した。
３．分界条床核の抑制性シナプス伝達の2-AGによる逆行性伝達抑圧のメカニズム：分界条床核の抑制性シナプスの逆行性伝達抑圧が、eCB系遺伝子改変マウスにおいてどのように変化しているかについて、継続して電気生理学的解析を行った。
４．eCB系の海馬機能における役割： eCB系遺伝子改変マウスにおいて、瞬目反射条件付けのLI (latent inhibition)課題に関する解析を継続した。
５．eCB系の抗炎症作用：U87-MGヒト悪性グリオーマ細胞における、NF-kBシグナルを介する炎症作用に注目し、グリアのeCB系による抗炎症作用のメカニズムを調べるための条件検討を行った。

【研究種目】基盤研究(S)

【研究期間】2009-05-11 - 2014-03-31

【配分額】210,340千円 (直接経費: 161,800千円、間接経費: 48,540千円)

【研究分野】動物生理・行動

【研究領域課題番号】21370029 (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

【研究成果の概要】

カイコガのフェロモン情報処理に関わる神経経路を特定した.これまでに触角葉から前大脳側部の感覚系領域および側副葉の運動系領域を構成する神経細胞群について解析が行われていたが,本研究では,これらの領域を接続する神経経路を同定した.まず神経細胞集団の染色法を用い,既知のフェロモン情報経路と接続関係を持つ複数の領域を特定した.続いて単一細胞形態の解析,フェロモン応答性の調査に基づき,触角葉・前大脳側部・前大脳内側部・側副葉という直列型のフェロモン情報経路が存在することを明らかにした.また単一細胞の性質をより詳細に分析するための,新規な生理計測の実験手順を確立した.

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2009 - 2012

【配分額】19,240千円 (直接経費: 14,800千円、間接経費: 4,440千円)

【研究分野】循環器内科学

【研究領域課題番号】21249051 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

神経科学 / 循環器・高血圧 / 生体分子 / 脳・神経 / 発生・分化 / 心臓 / 心不全 / 白血病抑制因子 / LIF(白血病抑制因子) / 循環器 / 高血圧 / 発生分化 / 交感神経

【研究成果の概要】

心不全では、全身の交感神経活動が亢進することが知られているが、逆説的に交感神経終末から分泌されるノルエピネフリンの心筋内含量は減少している。この現象が交感神経の副交感神経化によるものかどうかを検証するために研究を行った。結果、交感神経を副交感神経に変換する因子として知られる白血病抑制因子とカルジオトロフィン-1の発現が、不全心筋において増加し、これらの因子により、心臓を支配する交感神経が副交感神経に分化転換することが明らかになった。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2009 - 2011

【配分額】46,150千円 (直接経費: 35,500千円、間接経費: 10,650千円)

【研究分野】動物生理・行動

【研究領域課題番号】20247005 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

ペプチド / 生殖 / 性行動 / 神経生理学 / トランスジェニック / メダカ / 神経科学 / 生理学 / 脳・神経 / 動物 / 生理活性 / GnRHキスペプチン / GnRH / キスペプチン

【研究成果の概要】

我々は、脳内のGnRH1、GnRH2、GnRH3ニューロンのそれぞれが特異的にGFPを発現する遺伝子組換メダカを作り、それらを生きたまま可視化した。神経回路を保ったままの丸ごとの脳をin vitroに保ち、顕微鏡下で単一のGFP標識GnRHニューロンからの自発的な神経活動や神経修飾・伝達物質に対する神経応答を記録することにより、それらの機能を生理学的に解析した。また、脳下垂体からの生殖腺刺激ホルモン放出をモニターできるような遺伝子改変動物を作成してホルモン放出の調節機構を解析した。これにより、進化の過程で多様な機能をもつに至った、GnRHペプチド神経系の機能に関する理解が飛躍的に深まった。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2008-04-08 - 2013-03-31

【配分額】48,230千円 (直接経費: 37,100千円、間接経費: 11,130千円)

【研究分野】解剖学一般(含組織学・発生学)

【研究領域課題番号】20590196 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

細胞・組織 / 再生医学 / 脳・神経 / 発生・分化 / 神経科学 / 中枢神経系 / 幹細胞 / 遺伝子 / 細胞死

【研究成果の概要】

我々が既に単離同定している神経幹細胞に発現する新規遺伝子群のなかかのひとつSE90/radmis遺伝子について解析を進めた。in situ hybridization解析により、radmis mRNA発現は胎生期の脳室周囲層、および生後や成体脳の側脳室の脳室下層といった神経幹細胞が局在すると考えられる部位での発現が認められた。また特異的抗体による組織学的解析の結果、radmisタンパクは神経幹細胞の放射状細胞突起と分裂期紡錘体微小管に一過性に局在し、分裂後は速やかに後期促進複合体APC/Cdh1によるユビキチン化を受けてタンパクが分解され、幹細胞内から除去される可能性が示された。実際の個体レベルでの神経発生過程でのradmis遺伝子の機能を検討するため、ユビキチン化を受けないよう改変した変異型radmis遺伝子を作製し、子宮内電気穿孔法によりマウス胎児の脳室内へ遺伝子導入を行った。その結果、radmis遺伝子を強制発現した神経幹細胞では分裂の亢進と細胞移動の異常が起きる事が明らかとなった。以上のデータからradmisが神経幹細胞の分裂制御に重要な働きを持つことが示唆された。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2008 - 2010

【配分額】4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円)

【研究分野】医用生体工学・生体材料学

【研究領域課題番号】19200036 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

生体情報・計測 / 電気刺激 / 細胞 / 脳・神経 / 神経科学 / 細胞・組織 / 分子認識 / ナノバイオ

【研究成果の概要】

時空間的に制御した電気刺激パターンの印加により細胞群に誘導される変化を調べた.心筋細胞に対する半日間の連続刺激により拍動リズムの引き込み現象が起こること,神経細胞に対する時空間的な刺激パターンの履歴が誘発応答に反映されることがわかった.また,幹細胞について多数の胚様体を同時刺激するマイクロデバイスを開発した.電気刺激の時空間パターンを精密に設計することにより,急性・慢性両面において生体現象を人為的に制御する可能性が示された.

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2007 - 2010

【配分額】49,400千円 (直接経費: 38,000千円、間接経費: 11,400千円)

【研究分野】神経・筋肉生理学

【研究領域課題番号】19680020 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

ニューロン / シナプス機能 / 脳・神経 / 神経科学 / 高性能レーザー

【研究成果の概要】

ケイジドGABAであるCDNI-GABAの2光子励起活性化法によって、シナプス前終末からのGABA放出によるGABA受容体シナプス電流とほぼ同じキネティックスをもつGABA受容体電流を得ることができ、その空間解像度は光軸に対しておよそ2μmであった。これを用いて、GABA受容体の3次元機能マッピングを行い、細胞体付近および細胞体近傍の樹状突起の膜上に沿ってGABA受容体のホットスポットが点在していること、GABA受容体のホットスポットがグルタミン酸受容体のホットスポットと異なること、軸索起始部においても機能的GABA受容体が存在することを明らかにした。また別のケイジドGABAであるDCAC-GABAとケイジドグルタミン酸CDNI-Gluとを併用する方法を開発した。この方法によって細胞体に存在する抑制性シナプスをケイジドGABAによる2光子励起法で刺激し過分極を誘発させると、ケイジドグルタミン酸を多数のシナプスで2光子刺激して誘発された大きな脱分極の細胞体への伝播を抑えて活動電位誘発を阻害できることを再現よく繰り返すことが出来るようになった。

【研究種目】若手研究(A)

【研究期間】2007 - 2010

【配分額】25,220千円 (直接経費: 19,400千円、間接経費: 5,820千円)

【研究分野】神経解剖学・神経病理学

【研究領域課題番号】19700316 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

脳・神経 / 神経科学 / 発生・分化 / 遺伝学 / 遺伝子 / ショウジョウバエ / 視覚系 / メダラ神経節

【研究成果の概要】

ショウジョウバエ視覚中枢のメダラ神経節の発生過程を制御する分子機構を解析し、転写因子Drfの発現によって規定される神経細胞は約60種存在するメダラ神経細胞のうち9種の神経細胞を構成すること、高次の神経節であるロビュラの第1層および第4層特異的に投射すること、ロビュラに至る投射は幼虫期においてすでに見られることがわかった。また、神経細胞の種類と細胞体の位置には強い相関があることがわかった。

【研究種目】若手研究(B)

【研究期間】2007 - 2008

【配分額】3,780千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 480千円)

【研究分野】神経化学・神経薬理学

【研究領域課題番号】19300134 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

再生医学 / 神経科学 / 脳・神経 / 脳神経疾患 / 発生・分化

【研究成果の概要】

成熟した脳内で、新生ニューロンが目的の位置に移動するには、周囲組織・細胞からの様々なシグナルが必要である。これには、分泌性蛋白質や新生ニューロンの周囲を取りまくアストロサイト、血管構造が関与していることを本研究にて明らかにしてきた。これらのメカニズムについて更に詳細に検討するため、本年度は以下について解析を行った。
1)嗅球の形成・リモデリングにおけるSlitの役割の解析
Slit1-/-Slit2+/-マウスの嗅球の形態について、詳細な組織学的解析を行った。
嗅球の新生細胞は、脳室下帯からRMSを介して供給され、嗅球内で放射状に移動して分布するが、このマウスでは新生細胞の放射状移動への移行に障害が見られ、また嗅球顆粒細胞の分布にも異常がみられた。
2)脳室下帯アストロサイトにおけるEzrin蛋白質の機能の解析
ERM蛋白質のひとつであるEzrinのノックアウトマウスの組織学的解析を行った。Ezrinはマウス脳室下帯において、アストロサイト特異的に発現していることを確認した。また、Ezrin-/-マウスの脳室下帯アストロサイトには、突起の形状に異常があることを見出した。脳室下帯アストロサイトの培養系を用いたEzrin恒常活性型・ドミナントネガティブ型の遺伝子導入実験により、Ezrinが脳室下帯アストロサイトの形態制御に関与している可能性を示唆するデータを得た。
3)脳梗塞後の霊長類脳の再生過程・血管の機能の解析
中大脳動脈閉塞術の改良を行い、BrdU投与を術後1ヶ月に亘って行った個体の作製に成功した。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2007 - 2009

【配分額】17,030千円 (直接経費: 13,100千円、間接経費: 3,930千円)

【研究分野】神経化学・神経薬理学

【研究領域課題番号】19200031 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

大脳皮質 / 発生・分化 / 神経科学 / 脳・神経 / 細胞移動 / 神経細胞移動 / 辺縁帯 / IPA / カルシウム / 樹状突起形成

【研究成果の概要】

大脳皮質神経細胞の移動過程に注目し、まずは辺縁帯直下で移動終了過程にある細胞に強く発現する遺伝子を多数同定した。また、いくつかの分子について層形成や細胞動態における機能を見いだした。さらに、脳室帯で誕生した神経細胞と脳室下帯/中間帯で誕生した神経細胞とでは移動プロファイルが全く異なることを見いだした。前者は、脳室下帯とオーバーラップする部位で一時的に長時間滞留することを発見し、多極性細胞蓄積帯と命名した。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2007 - 2009

【配分額】37,050千円 (直接経費: 28,500千円、間接経費: 8,550千円)

【研究分野】言語学

【研究領域課題番号】19320056 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

言語学 / 実験系心理学 / 神経科学 / 脳・神経 / 脳神経疾患 / 認知科学 / 談話 / 文脈

【研究成果の概要】

人間の文理解における統語構造と情報構造の影響について、行動指標や脳機能計測などを用いて多角的に検証した。その結果、従来知られていたフィンランド語などのような主要部先行型言語だけでなく日本語のような主要部後続型言語でも統語構造的要因と情報構造的要因がそれぞれの主効果に加えて交互作用を示すこと、ならびにその処理は予測に基づき漸進的に行われていることなどが分かった。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2007 - 2009

【配分額】19,240千円 (直接経費: 14,800千円、間接経費: 4,440千円)

【研究分野】実験心理学

【研究領域課題番号】19830079 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

実験心理学 / 神経科学 / 脳・神経 / fMRI / 認知神経科学 / 性差 / 感覚・知覚

【研究成果の概要】

8歳から40歳の健常者を対象に、顔の感情認識プロセスに於ける脳機能の男女差、及びにその発達過程に伴う変化について観察・調査した。分析の結果、課題の妥当性が確認された上で、脳活動に男女差が見られた。しかし、男女両グループの年齢の分布にバラつきがあることが指摘されたため、一部のデータを取り換え、再分析を実施中である。

【研究種目】若手研究(スタートアップ)

【研究期間】2007 - 2008

【配分額】3,075千円 (直接経費: 2,670千円、間接経費: 405千円)

【研究分野】精神神経科学

【研究領域課題番号】19591374 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

神経科学 / 脳・神経 / 老化 / 自動車運転 / 光トポグラフィ / 認知症 / 高次脳機能障害 / 注意 / 認知科学 / driving / Alzheimer's disease / mild cognitive impairment / near infra-red spectroscopy / simulator / risk / frontal lobe / visuospatial function

【研究成果の概要】

本研究では、健常高齢ドライバーと脳損傷ドライバーを対象に、光トポグラフィを用いて客観的に運転安全性の評価を行うことを目的とした。その結果、軽度のアルツハイマー病患者においては、危険場面を疑似運転中に、ブレーキ反応の遅延とともに、前頭葉の活動性低下をみたケースでは、運転リスクが高いと考えられた。また、有効視野計測(UFOV)の手法にgo/no-go課題を加えた独自の課題(VFIT)を用いた検討では、健常高齢ドライバーにおいて、運転頻度とVFITとの成績に相関があることが示された。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2007 - 2009

【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】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)

【研究分野】医用生体工学・生体材料学

【研究領域課題番号】17650129 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

生物・生体工学 / 神経科学 / 脳・神経 / 脳スライス / 器官培養 / 網膜 / ニューロン / 電極アレイ / 神経回路

【研究成果の概要】

研究計画最終年度となる平成19年度は、視覚系を構成する網膜と上丘試料の共培養条件確立に引き続き、培養細胞系の自発、誘発活動計測を実施し、成果のとりまとめを行った。視覚機能が十分発達したadultラットから採取した網膜試料を用いることにより、光刺激に対する応答が計測可能であることを確認したが、この時期の試料は培養系には適さないことが明らかになった。これに対し、新生ラットから採取した試料を利用することにより、網膜、上丘の共培養が可能となることを確かめた。網膜試料については神経節細胞からの自発電気活動が記録され、また上丘についても自発電気活動の発生が確認された。外部からの電気刺激によりこれらの活動が変化することが観測され、今後、大脳皮質視覚野を含めた共培養系に進む基礎的条件が確立された。また、異なる試料を1つの基板上で制御性よく共培養することを目指し、基板表面の微細加工手法の開発を進めた。基板上にアガロース薄膜を利用した細胞非接着性の領域と接着性のポリリジン塗布領域を設けることにより、複数の試料を同一基板上に配置することを可能にした。細胞接着領域の構築にはカオトロピック効果を利用する手法を開発し、これをインクジェット方式で位置制御することにより、多数の細胞培養ウェルを短時間に再現性よく製作する手法を確立した(電気学会論文誌Cに発表)。

【研究種目】萌芽研究

【研究期間】2005 - 2007

【配分額】3,500千円 (直接経費: 3,500千円)

【研究分野】神経科学一般

【研究領域課題番号】17100004 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

分子 / 細胞神経科学 / ニューロン / シナプス / 神経回路 / 神経発生 / 神経発達 / 神経再生 / 神経再建 / 姿勢 / 運動制御 / 神経科学 / シグナル伝達 / 生理学 / 脳・神経 / 逆行性シグナル / シナプス伝達調節 / カンナビノイド / シナプス伝達調整

【研究成果の概要】

脳内に存在するマリファナ類似物質(内因性カンナビノイド)はニューロンのシナプス後部から放出され、逆行性にシナプス前終末のカンナビノイドCB_1受容体に作用して、神経伝達物質放出の減少を引き起こす。本研究では、内因性カンナビノイドのシナプス伝達調節の機構とその脳機能における役割の解明を目指した。4年間の研究において、中枢シナプスにおける内因性カンナビノイドの生合成、放出、分解の分子機構をほぼ解明し、また、内因性カンナビノイド系の小脳運動学習への関与を証明するなど、当初の目的をほぼ達成することができた。

【研究種目】基盤研究(S)

【研究期間】2005 - 2008

【配分額】105,560千円 (直接経費: 81,200千円、間接経費: 24,360千円)

【研究分野】知能機械学・機械システム

【研究領域課題番号】17656085 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

神経インターフェース / 神経電極 / 脳・神経 / 神経科学 / 微小流路 / 神経インタフェース / ブレインマシンインタフェース / 脳科学 / MEMS / 柔軟神経電極

【研究成果の概要】

本研究は,柔軟な神経電極の基板上に微小流路を統合した多機能微小神経プローブの高機能化の追求を目的として行った.これにより薬液投与と神経信号計測の統合をはじめとした次世代の神経プローブに求められる様々な機能が実現可能になると考えられ,神経インタフェースを利用した補綴システムの実現や脳科学のツールとして大きく寄与するものと考えられる.具体的には以下の課題の遂行を目標とし,さらに各機能の統合を目指すこととした.
A)流路による薬液入出力(注入とサンプリング)性能の向上(形状の工夫,弁の利用など)
B)神経信号計測と薬液注入の同時実現
C)流路への再生神経軸索の誘導と個別刺激の検討(電磁気や薬液利用の検討)
平成18年度末までに,前年度に引き続いて下記の課題を遂行した.
1)流路による薬液入出力の高精度化
流路による薬液入出力(注入とサンプリング)の高精度化を図るため,弁等による方法を検討した.
2)神経信号計測と薬液注入の同時実現
薬液に対する神経細胞の応答を計測するための技術的な課題について検討した.
具体的には,注入によるプローブの微小な動きなどの防止を検討した.
3)流路への再生神経軸索の誘導と個別刺激の検討
電磁気や薬液等を利用することによって,流路内に再生軸索を誘導し,個別に計測・刺激することを検討した.
4)成果の統合及び多点化の検討,長期埋め込みの評価
流路機能と神経電極機能の統合を確認する.薬液注入によるプローブの物理的な動きが計測に及ぼす影響や多点化による相互の影響についても調べた.また長期埋め込みにおける侵襲性について調べた.

【研究種目】萌芽研究

【研究期間】2005 - 2006

【配分額】3,300千円 (直接経費: 3,300千円)

【研究分野】スポーツ科学

【研究領域課題番号】17500416 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

行動科学 / 脳・神経 / 動作 / シナジー / 巧みさ / 協調 / 神経科学

【研究成果の概要】

一般に、ロコモーション(移動運動)や咀嚼などを含むリズミカルな動作は、人間を含めた動物に共通した基本な運動であり、スポーツにおいてもきわめて重要な意味をもつ。これらの動作には数多くの筋の協調的な働き(シナジー)が不可欠であることから、ロシアの生理学者ニコライ・ベルンシュタインは、これらの動作をコントロールするレベルを「シナジーのレベル」と名づけた。複雑系やカオス研究とともに近年ますます発展してきた非線形力学は、複雑な時系列を解析する方法論を確立し、このシナジーを定量的に評価しうる可能性をもたらしつつある。そこで本研究では、動作の協調性(シナジー)を、非線形力学系アプローチを用いて定量的に評価し、さらに協調性に関わる脳活動の特性を明らかにすることを目的とした。
その結果、本研究において、1)シナジーの定量化に非線形力学系アプローチを用いた再帰定量化解析が有効であること、2)シナジーを必要とする動作の時空間的安定化に聴覚情報が有益な役割を果たすこと、3)シナジーを必要とする動作の学習過程を非線形微分方程式によるシミュレーションモデルによって再現可能であること、4)シナジーを必要とする動作の遂行過程には環境および脳活動の冗長性を利用した多重安定性が存在すること、5)動作レベル、筋活動レベル、および脳活動レベルの冗長性を用いた多重安定性は、適応的変動という概念によって包括的に捉えられることが明らかになった。
これらの知見は、多関節協調のスキルを必要とするスポーツ動作のみならず、音楽演奏スキルの獲得や、スキルの再学習ともいえるリハビリテーションにおいても今後役立つであろうと考えられる。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2005 - 2007

【配分額】3,500千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 300千円)

【研究分野】薬理学一般

【研究領域課題番号】16209008 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

脳・神経 / 神経科学 / 薬理学 / 生理学 / 感染症 / 体液恒常性 / 体液塩濃度 / 塩分・水分摂取 / Naチャンネル / ナトリウムセンサー / グリア細胞 / 受容体型チロシンホスファターゼ / 記憶・学習

【研究成果の概要】

本研究では主に遺伝子ノックアウトマウスの解析を通して、プロテインチロシンホスファターゼζ(PTPζ)とNa_xイオンチャンネルの関わる生命現象とその分子・細胞機構を明らかにすることを目指す。本年度の研究成果は以下の通りである。
a)PTPζのシグナル伝達系
1.基質分子中の基質サイトの同定
PTPζの基質分子中の基質サイトの同定については、昨年度p190 RhoGAP中のY1105が明らかになったが、本年度はGit1(ArfGAP)とMagi1について、そのサイトを決定した。
2.PTPζ遺伝子ノックアウトマウスのメタンアンフェタミンに対する不感受性の分子機序について、ドーパミン・トランスポーターの細胞内への取り込み能について細胞生物学的解析を行なった。
3.眼におけるPTPζのisoformの多様性について解析を行なった結果、受容体型PTPζがsheddingを受けている可能性が明らかになった。
b)Na_xチャンネル
1.昨年度Na_xとNa^+,K^+-ATPaseのα1サブユニットが結合していることを見出したが、その後この結合が細胞内Naレベルの上昇に応答してNa^+,K^+-ATPaseが活性化するために必要であることが明らかになった。また、Na_x陽性細胞ではNa^+,K^+-ATPase活性化の結果、糖代謝の増加、並びに乳酸の産生と分泌が上昇することが確認された。
2.マウスの尿中におけるバソプレッシン量を測定する系を確立した。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2004 - 2007

【配分額】46,540千円 (直接経費: 35,800千円、間接経費: 10,740千円)

【研究分野】神経科学一般

【研究領域課題番号】13680864 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

遺伝子 / 解剖学 / ゲノム / 神経科学 / 脳・神経 / シナプス / 線虫

【研究成果の概要】

線虫(C. elegans)のシナプスタンパク質を同定するために、哺乳類の中枢神経のシナプス、特にグルタミン酸受容体と複合体を形成するタンパク質の線虫ホモログの遺伝子のcDNA単離と発現解析を行った。PSD-95/SAP90ファミリーのタンパク質は線虫では遺伝子が1つだけ存在しており、トランスジェニック線虫を作製してプロモーター解析を行ったところ咽頭、腸および下皮細胞に発現が見られたが、神経系での発現は確認されなかった。S-SCAM/MAGIファミリーは線虫では遺伝子が1つだけ存在し、cDNAの単離により、少なくとも2つのプロモーターが存在し、タンパク質の翻訳開始点が異なる長短2つのアイソフォームが存在することが明らかとなった。また、それぞれのプロモータの発現解析を行い、長い型は頭部の神経細胞のほか咽頭、体壁筋でも発現し、短い型は頭部の神経細胞など発現していた。Shankファミリーの遺伝子は線虫に1つだけ存在し、オルタナティブ・スプライシングにより2つの型ができることが明らかとなった。発現解析により咽頭、陰門、肛門に発現していることが示された。その他、MAGUIN, CRIPT, nArgBP2, p55ファミリーの線虫ホモログのcDNAクローニングとプロモーター解析を行い、MAGUIN, p55ファミリーが神経細胞で発現することを確認した。総じて、哺乳類で神経細胞に共発現してシナプス後部で複合体を形成するこれらの遺伝子が線虫では遺伝子数が1つまたはごく少数であるにも関わらず発現パターンが必ずしも一致しないことが明らかとなった。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2001 - 2002

【配分額】3,400千円 (直接経費: 3,400千円)

【研究分野】病態医化学

【研究領域課題番号】12557016 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

膜電位 / 神経科学 / 生理学 / 脳・神経 / 電位感受性色素 / ニューロン

【研究成果の概要】

神経科学研究は、単一シナプス解明の段階を経て、今や多ニューロン間ネットワークの相互機能を解析する時代を迎えている。神経興奮が脳機能の源である以上、生化学者といえども脳研究を行う上で、電気現象を的確にとらえることが不可欠であるが、これまでの電気生理学は、急速に多分野に浸透していった遺伝子工学に比べ、明らかに特殊な領域であった。本研究は、生化学的見地から、定型的電気生理学を用いることなく、生体(細胞)電気信号を検知する非接触型電位計測プローブ(リモートセンサープローブ)を開発するとともに、電位感受性色素やイメージングシステムを組み合わせて、脳スライスの記録をし、従来の電気生理学的解析結果との比較対照を行うことにより、新しいニューロンの機能解析系を構築することを目的とする。
電気生理学的解析及び電位依存性色素の利用のためのシステムを構築するとともに、マウス海馬CA1,CA3におけるLTP記録を行い、その薬理学的調節機構を明らかにした。一方、多電極記録法を用いた細胞外記録を行うために、マルチチャンネル細胞外記録システムによる海馬におけるLTP記録に成功した。
本研究に用いるシステムは機械(ロボット)化が可能であり、単に基礎医学にとどまらず、化合物の網羅的スクリーニング等、創薬、産業化にも貢献すると期待される。また、電位感受性色素を用いたシステムでは、単に細胞レベルの測定に留まらず、進歩したイメージングシステムを組み合わせることにより、例えば、脳内ニューロンの興奮の二次元的可視化が可能になり、多ニューロン間の相互作用の解析を行うことができると推察される。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2000 - 2001

【配分額】13,500千円 (直接経費: 13,500千円)