Dissecting the mechanism underlying behavioral regulation through real-time spatiotemporal manipulation of neural circuits

通过神经回路的实时时空操纵剖析行为调节的机制

• 批准号: 19H05644
• 负责人: 森 郁恵
• 金额: $ 101.25万
• 依托单位: Nagoya University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (S)
• 财政年份: 2019
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2019-06-26 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-19H05644/
• 关键词: 神経回路; 情報処理; 行動制御; 光遺伝学; C.elegans; ばらつき; 光遺伝子; 光操作技術; C. elegans; 神経回路; 情報処理; 行動制御; 光遺伝学; C.elegans; ばらつき; 光遺伝子; 光操作技術; C. elegans

本研究は、機能的ネットワークの状態および個体の行動状態をモニターしながら、それらの状態に応じてAFDなどの単一ニューロンの光操作を行うリアルタイム光操作技術、および機能的ネットワークの状態を操作する技術を開発し、それにより特定のニューロンの活動が「ばらつきのある行動」に変換されるまでの一連の情報処理プロセスを明らかにすることを目指している。前年度までに導入したスピニングディスク共焦点顕微鏡と組み合わせて、高倍率下で自由行動中の線虫を追尾し、蛍光イメージングと同時に光刺激を行うシステムが整い、実際の実験を進めている。また同じく前年までに導入した計算サーバを活用し、取得したデータの解析や保守も円滑に進めることができた。さらに開発が活発な光遺伝学ツールの中でも、顕著な性能を示すものを新たに導入し、信頼性の高い実験条件も構築が進んだ。研究を進める上で作成している遺伝子組換え体や、実験プロトコル、解析プログラムなども蓄積されており、今後のさらなる発展を支える体制が構築されている。当初計画では予想をしていなかった成果も得られつつあり、過去に経験した温度付近で前進行動を持続するIsothermal Tracking (IT)に関する制御遺伝子、制御神経細胞の候補が絞られており、目標であるばらつきのある行動に関する情報処理プロセス解明の糸口となる可能性も期待される。また当初、特定の神経細胞の活動と、周辺神経細胞の活動の関連のみを想定していたが、神経細胞だけではなく神経以外の組織細胞にまで目をむけ、腸や筋肉など、非神経系と神経系の相互作用についても成果が出つつあり、これについても発展的な成果が期待される。今後、当初計画の実施に邁進するとともに、新たに得られた結果をもとに、発展的な研究も同時に進めることで、目標達成とその社会的意義を高めることを目指す。

这项研究的目的是开发实时光感渗透技术，以监测功能网络和个体的行为状态，同时还根据这些状态对单个神经元（例如AFD）进行光持态，以及操纵功能网络状态的技术，从而导致对特定神经元活动的转化为特定神经元活动的一系列信息处理过程。结合上一年引入的旋转磁盘共聚焦显微镜，已经建立了一个系统，该系统在高放大倍率下追踪了自由运动的线虫，并执行荧光成像和光刺激，并且目前正在进行实际实验。此外，通过利用上一年引入的计算服务器，我们能够平稳分析和维护获得的数据。此外，在光遗传学工具的积极开发中，已经引入了表现出色的新型工具，并开发了高度可靠的实验条件。还积累了为推进研究，实验方案和分析计划而创建的转基因物质，并建立了系统以支持将来的进一步发展。初始计划中未预测的结果已经开始实现，并且与等温跟踪（IT）有关的调节基因和神经元的候选者（IT）在过去所经历的近乎温度下保持渐进式行为的范围被缩小，并且也可以预期，这可能是阐明针对性行为的信息处理过程的线索。最初，我们仅假设特异性神经细胞的活性与周围神经细胞的活性之间的关系，但我们不仅将关注神经元和神经以外的组织细胞关注，而且我们也看到了非神经元和神经系统之间的相互作用，例如肠和肌肉，我们希望获得更多的发育结果。将来，我们将继续努力实施原始计划，并旨在通过基于新获得的结果同时进行高级研究来提高我们的目标和社会意义。