自動追跡ロボット技術と超高速三次元イメージング技術の統合による脳動作原理の解明

融合自动跟踪机器人技术与超高速三维成像技术阐明大脑​​运作原理

• 批准号: 22KK0100
• 负责人: 木村 幸太郎
• 金额: $ 12.81万
• 依托单位: Nagoya City University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Fund for the Promotion of Joint International Research (Fostering Joint International Research (B))
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-10-07 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22KK0100/
• 关键词: イメージング; カルシウムイメージング; 高速三次元イメージング; 自動追跡; 線虫C. エレガンス

脳研究は現代生命科学における一大重要分野であるが、脳の動作原理の詳細は不明な点が多い。本研究では、米国コロンビア大学・Hillman教授らが開発した超高速三次元イメージング顕微鏡（SCAPEシステム）と、研究代表者・木村の自動追跡型ロボット顕微鏡を統合し、脳全体の神経細胞活動と行動を網羅的かつ自動的に計測する自動追跡型超高速三次元イメージングロボット顕微鏡を開発する。これにより、脳機能に重要な活動の伝達（活動カスケード）の全体像を解明することが可能になる。本研究で確立した手法をさらに発展させることで、カルシウムイメージング・高密度神経プローブ・機能的MRIなどによって高等動物やヒトの脳から得られた大規模神経活動データから重要な神経活動伝達経路を正確に推定する技術の開発にも貢献できる。当該年度は以下を行った。R4年3月に米国コロンビア大学Hillman研を訪問し、複数のSCAPE実機の見学を行った。また、未発表のSCAPEの詳細なパーツリストと組み立てプロトコルを入手した。また、SCAPE以外の先端的光学システムによる生体深部高速イメージング技術の検討も進めた。さらに、統合システムから得られるデータ処理の準備として、既に公開されているまたは我々自身が得た全脳神経活動データから重要な活動を抽出し、神経回路構造と対応させる解析手法の検討を進めた。具体的には、古典的な主成分分析や相関に基づいた階層的クラスタリングに加えて、先端的なニューラルネットワークによる解析も開始した。

大脑研究是现代生活科学的主要领域，但是大脑工作原理的细节尚不清楚。 This research will develop an automatic tracking ultra-high-speed three-dimensional imaging robot microscope that integrates an ultra-high-speed three-dimensional imaging microscope (SCAPE system) developed by Professor Hillman and others of Columbia University, USA, and an automatic tracking robot microscope from researcher Kimura, to comprehensively and automatically measure neuronal activity and behavior throughout the brain.这使得有可能阐明对大脑功能重要的活动传播的整体图表（活动级联）。通过进一步开发这项研究中建立的方法，我们还可以为开发技术的开发做出贡献，这些技术通过从高等动物和人类的大脑中通过钙成像，高密度神经探针，功能性MRI等获得的大型神经活动数据进行准确估算重要的神经活动传播路径。 2014年3月，他参观了美国哥伦比亚大学希尔曼学院，并参观了几台实际的scape机。我们还为未发表的SCAPE获得了详细的零件清单和组装协议。我们还使用SCAPE以外的先进光学系统研究了深层生物技术的高速成像技术。此外，为了准备从集成系统获得的数据处理，我们研究了一种分析方法，该方法从我们自己的公开可用或获得的重要活动中提取重要活动，并且与神经电路结构相对应。具体而言，除了基于相关性的经典主体组件分析和分层聚类外，我们还开始使用高级神经网络进行分析。

项目成果

Neural mechanism of experience-dependent sensory gain control in C. elegans

• DOI: 10.1016/j.neures.2023.01.006
• 发表时间: 2023-05-03
• 期刊: NEUROSCIENCE RESEARCH
• 影响因子: 2.9
• 作者: Ikejiri，Yosuke;Tanimoto，Yuki;Kimura，Koutarou D.
• 通讯作者: Kimura，Koutarou D.

コロンビア大学(米国)

哥伦比亚大学（美国）

Optical Control of Cell Signaling with Red/Far-Red Light-Responsive Optogenetic Tools in Caenorhabditis elegans

• DOI: 10.1021/acssynbio.2c00461
• 发表时间: 2023-02-20
• 期刊: ACS SYNTHETIC BIOLOGY
• 影响因子: 4.7
• 作者: Oda，Shigekazu;Sato-Ebine，Emi;Aoki，Kazuhiro
• 通讯作者: Aoki，Kazuhiro

Multidimensional intravital imaging based on novel multi-photon microscopic technologies

基于新型多光子显微技术的多维活体成像

• 发表时间: 2023
• 作者: Otomo Kohei;Ishii Hirokazu;Nemoto Tomomi;Kohei Otomo
• 通讯作者: Kohei Otomo