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

基本信息

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

项目摘要

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。

本研究旨在开发实时光学操纵技术，在监测功能网络的状态和个体的行为状态的同时，对AFD等单个神经元进行光学操纵，并开发操纵功能网络的状态的技术。并用它来阐明将特定神经元的活动转化为“可变行为”的一系列信息处理过程。结合去年推出的转盘共焦显微镜，我们建立了一个系统，可以在高倍率下跟踪自由移动的线虫，在荧光成像的同时进行光学刺激，并正在进行实际实验。此外，通过利用前一年引入的计算服务器，我们能够顺利地分析和维护所获取的数据。此外，在目前正在积极开发的光遗传学工具中，我们推出了性能优异的新工具，并且在建立高度可靠的实验条件方面取得了进展。研究过程中创建的转基因生物、实验方案、分析程序等已经积累起来，并建立了支持未来进一步发展的体系。原始计划中没有预料到的结果正在获得，与等温跟踪（IT）相关的调节基因和调节神经元的候选范围已经缩小，该等温跟踪（IT）在接近先前经历的温度时保持前进行为，已经缩小了范围，并且正在实现目标。人们还希望这一发现将为阐明与某些行为变化相关的信息处理过程提供线索。此外，最初我们只假设了特定神经细胞的活动与周围神经细胞的活动之间的关系，但我们不仅关注神经细胞，还关注非神经元组织细胞，例如肠道和肌肉。关于人体和神经系统之间的相互作用也开始出现，并且预计该领域也将取得进一步的进展。今后，我们将在努力落实初步计划的同时，根据新取得的成果继续开展深入研究，以期实现我们的目标并提高其社会意义。