膨張試料顕微鏡法と全脳カルシウムイメージングの統合による神経回路動態の包括的解析

结合扩展样本显微镜和全脑钙成像综合分析神经回路动力学

基本信息

批准号：
22K19479
负责人：
能瀬聡直
金额：
$ 4.16万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-06-30 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

神経回路上でどのように情報が伝播して脳機能を生み出すのかを理解するためには、「脳全体の神経回路がどのように配線されているのかを決定」するとともに、「脳全体の神経活動を細胞レベルの解像度で記録」し、得られた結果を統合して解釈することが重要である。コネクトミクス解析(電子顕微鏡画像の 3 次元再構築)および全脳カルシウムイメージングは、それぞれ前者、後者の目的を達成しつつあるが、両者を統合して解釈することはいまだ実現されていない。本研究では、光学顕微鏡で簡単に組織の微細構造を解析できる膨張試料顕微鏡法を用いて、カルシウムイメージングから得られる「活動」に関する情報とコネクトミクスから得られる「構造」に関する情報を統合し、システム全体の作動機構を明らかにすることを目的とする。このため、コネクトミクス解析とカルシウムイメージング両方の技術が発達しているショウジョウバエ幼虫をモデルとした研究を行う。本年度は、幼虫の中枢神経系に膨張試料顕微鏡法を適用するために、免疫染色などの実験条件を探索した。その結果、約 4 倍の組織膨張によって 100 nm 程度の分解能が得られ、全神経細胞を染色したサンプルから単一の軸索・シナプスの構造を安定して可視化できるようになった。さらに、少数の神経細胞群と全神経細胞の２重染色を行うことで、特定の細胞種が形成する軸索の束をいくつか同定した。これにより、コネクトミクス解析との統合に必要なサンプル間の構造比較のための参照点が得られた。

为了了解信息如何传播神经回路并产生大脑功能，重要的是要“确定整个大脑的神经回路是如何有线的”，并“记录整个大脑的神经活性在细胞水平分辨率下”，并整合和解释获得的结果。连接组学分析（电子显微镜图像的3D重建）和全脑钙成像分别实现了前者和后者的目标，但是尚未实现整合和解释这两者的目标。这项研究旨在通过整合从钙成像和有关使用扩展的样品显微镜从连接组学获得的“活性”的信息进行整合，从而阐明整个系统的致动机制，从而可以轻松地使用光学显微镜分析组织微观结构。因此，我们将使用果蝇幼虫进行研究，果蝇幼虫既开发了连接组分析和钙成像技术。今年，我们搜索了实验条件，例如免疫染色，以对幼虫的中枢神经系统应用远距离的样品显微镜。结果，组织膨胀约四倍，导致分辨率约为100 nm，从而使单轴突和突触的结构从用全神经细胞染色的样品稳定地可视化。此外，进行了少数神经元组和整个神经元的双重染色，以识别特定细胞类型形成的几个轴突束。这为与连接分析集成所需的样本间结构比较提供了参考点。