柔軟な動物行動を支える神経ロジックの解明

阐明支持灵活动物行为的神经逻辑

基本信息

批准号：
19H01009
负责人：
森郁恵
金额：
$ 28.87万
依托单位：
Nagoya University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
财政年份：
2019
资助国家：
日本
起止时间：
2019-04-01 至 2020-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

動物に刺激を与えると、しばしば個体や試行ごとに異なる応答行動が出力される。たとえ同一の刺激であっても多様な応答を出力することで、動物は変動する環境下でも柔軟に行動を選択することができる。本研究では、コンパクトな神経系を持つ線虫C. elegansを対象に、感覚ニューロンが受け取った情報が多様な行動に変換されるまでのプロセスを解明することを目的とした。線虫の神経系はわずか302個の個体差のないニューロンからなり、ニューロン間の化学・電気シナプスの接続が電子顕微鏡による観察から明らかにされているため、神経情報処理プロセスを網羅的に理解することができる。本研究期間では、感覚ニューロンの活動を光によって操作し、それによって誘導される神経系のカルシウム応答と個体の行動解析を行うための予備的実験を行った。まず、青色光で活性化されるカチオンチャネル（CoChR）、および緑色光で励起される赤色カルシウムインディケータ（R-CaMP2）を温度感覚ニューロンAFDに特異的に発現させた系統を作成し、この系統においてAFDが青色光の照射で活性化されるかどうかを検査した。その結果、青色光（470 nm, 70 μW/mm2）を照射したすべての個体のAFDにおいて、コントロール群に比べて明らかなカルシウムシグナルの上昇が認められた。さらに、青色光によるAFDの活性化がどのような行動を誘導するかを調べるため、同一の系統に青色光を照射しながら応答行動のパターンを観察した。その結果、青色光の照射によって、「前方への加速」、「後退」、「後退後の方向転換」、「停止」などの多様な応答が出力されることが分かった。今後は、自由に行動する線虫を自動で追尾しながら、光照射・カルシウムイメージング・行動計測を同時に実現する顕微鏡システムの開発に取り組むほか、数理的な時系列解析プラットフォームを確立する予定である。

当刺激动物时，每个人和试验通常会输出不同的反应行为。通过输出各种反应，即使相同的刺激也可以在可变环境中灵活选择其行为。这项研究旨在阐明感觉神经元收到的信息转化为具有紧凑神经系统的秀丽隐杆线虫的过程。线虫的神经系统仅由302个神经元组成，没有个体差异，并且通过电子显微镜观察结果揭示了神经元之间的化学和电突触连接，从而可以全面了解神经信息处理过程。在本研究期间，我们进行了初步实验，以光线操纵感觉神经元的活性，并进行神经系统的诱导钙反应和个体的行为分析。首先，创建了一条线，在该线路中，通过蓝光激活的阳离子通道（COCHR）和由绿光激活的红色钙指示器（R-CAMP2）在温度敏感性神经元AFD中特别表达，在此线路中，对AFD进行了测试以确定AFD是否通过蓝光辐射激活了AFD。结果，在所有用蓝光（470 nm，70μw/mm2）照射的个体的AFD中，与对照组相比，钙信号明显增加。此外，为了研究蓝光激活AFD引起的行为，我们观察到响应行为的模式，同时用蓝光照射相同的菌株。结果，发现带有蓝光的辐射会输出各种响应，例如“正向加速”，“撤退”，“缩回后返回”和“停止”。将来，我们计划开发一个显微镜系统，该系统自动跟踪自由移动的线虫，同时实现光照射，钙成像和行为测量，并建立数学时间序列分析平台。