In-vivo label-free visualization of intercellular cooperative interactions for electroencephalogram

脑电图细胞间协作相互作用的体内无标记可视化

• 批准号: 21H04961
• 负责人: 加納 英明
• 金额: $ 27.29万
• 依托单位: Kyushu University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-05 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H04961/
• 关键词: ラマン; CARS; ラベルフリー; 脳波; 非線形光学; 分子イメージング; 睡眠

生物はなぜ眠らなければならないのか？「眠気」の分子実態は何か？本研究では、現代神経科学最大の謎の一つである睡眠のメカニズムおよび作用を明らかにするために、個々のニューロンの発火現象（ミクロ）と脳波（マクロ）、そして個体（システム）という階層構造に着目する。線虫やマウスなど複数のモデル生物を対象とし、標識無しで膜電位を可視化することのできる新規分子機能イメージング手法を開発・適用することで①個々のニューロンの発火パターンや分子の挙動は睡眠時どうなっているのか？②脳波のコヒーレンス（時空間相関）の起源は何か？そして③それらをつなぐ細胞間協同作用は何か？という点にフォーカスして、「眠気」を細胞間協同作用（マクロ）レベルで明らかにすることを目標に研究を行っている。2年目となる本年度は、初年度に導入した光源を用いた非線形ラマン散乱(coherent anti-Stokes Raman scattering; CARS)顕微鏡を立ち上げた。レーザー光のビーム径およびダイバージェンスの最適化を行うことで、空間分解能の向上を実現した培養生細胞のCARSイメージングを行うことに成功した。また同一視野で明るい蛍光画像の取得ができるよう光学系の工夫も施した。さらに、標識無しで膜電位を可視化する新規分子イメージング手法の構築を目指して、新たに電気生理の装置を導入した。培養細胞に本手法を適用することで、非線形ラマン散乱顕微鏡下での膜電位操作・測定が可能になった。これに加え、「睡眠恒常性」のメカニズム解明につながる知見が、線虫を用いた研究分担者の研究で見出された。また、体の疲れがどのようにして睡眠を引き起こすのか、という仕組みに関する知見が、線虫とマウスを用いた研究分担者の研究で見出された。

为什么生物需要睡眠？ “困倦”的分子现实是什么？在这项研究中，为了阐明现代神经科学最大的谜团之一——睡眠的机制和影响，我们将研究个体神经元放电现象（微观）、脑电波（宏观）和个体（宏观）的层次结构。系统）。通过开发和应用一种新颖的分子功能成像方法，可以在多种模式生物（例如线虫和小鼠）中无需标记地可视化膜电位，我们将能够：（1）了解单个神经元的放电模式和分子的行为睡觉时发生了什么事？ ②脑电波相干性（时空相关性）的起源是什么？ 3）连接它们的细胞间合作是什么？我们着眼于这一点，正在进行研究，目的是在细胞间协作（宏观）层面上阐明“困倦”。今年，即第二年，我们使用第一年推出的光源推出了非线性拉曼散射（相干反斯托克斯拉曼散射；CARS）显微镜。通过优化激光束直径和发散度，我们成功地对培养的活细胞进行了 CARS 成像，并提高了空间分辨率。光学系统的设计也使得在同一视场中可以获得明亮的荧光图像。此外，我们引入了一种新的电生理学装置，旨在构建一种新的分子成像方法，无需标记即可可视化膜电位。通过将该方法应用于培养细胞，可以在非线性拉曼散射显微镜下操纵和测量膜电位。此外，研究人员使用秀丽隐杆线虫进行的研究中发现了有助于阐明“睡眠稳态”机制的发现。此外，研究人员使用秀丽隐杆线虫和小鼠进行的研究揭示了有关身体疲劳如何导致睡眠的机制的信息。

项目成果

マウス脳組織のラベルフリー・マルチモーダル非線形光学イメージング

小鼠脑组织的无标记多模态非线性光学成像

• 发表时间: 2022
• 作者: Yin Liang;Mengxue Wang;Yun Liu;Keiji Naruse;Ken Takahashi;加納英明
• 通讯作者: 加納英明

Spectroscopic second and third harmonic generation microscopy using a femtosecond laser source in the third near-infrared (NIR-III) optical window

在第三近红外 (NIR-III) 光学窗口中使用飞秒激光源的光谱二次和三次谐波发生显微镜

• DOI: 10.1364/boe.446273
• 发表时间: 2022
• 期刊: Biomedical Optics Express
• 影响因子: 3.4
• 作者: Yusuke Murakami;Minori Masaki;Shinichi Miyazaki;Ryosuke Oketani;Yu Hayashi;Masashi Yanagisawa;Sakiko Honjoh;Hideaki Kano
• 通讯作者: Hideaki Kano

Limoges University(フランス)

利摩日大学（法国）

Toward constructing label-free mouse brain atlas using nonlinear Raman spectroscopic imaging

使用非线性拉曼光谱成像构建无标记小鼠大脑图谱

• 发表时间: 2022
• 作者: Hideaki Kano

Ultrabroadband CARS spectroscopic imaging using a sub-1-MHz supercontinuum light source

使用低于 1 MHz 的超连续谱光源进行超宽带 CARS 光谱成像

• 发表时间: 2021
• 作者: Wang Chen;Chen Jian;Wang Mengxue;Naruse Keiji;Takahashi Ken;Hideaki Kano
• 通讯作者: Hideaki Kano