公募研究1期

A01神経回路動態制御の基盤技術

木下 正治(弘前大学)

「光遺伝学を用いた霊長類の視覚-運動変換系の神経経路選択的な伝達遮断法の確立」

光遺伝学(optogenetics)は光によって高い時間精度でニューロンの活動を亢進または抑制することを可能にする新しい技術です。この技術は脳の特定の神経回路の活動とその機能について単に相関関係でなく、その因果関係を明らかにすることができるという点で多くの神経科学者達が待ち望んできたものです。

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小金澤 雅之(東北大学)

「ショウジョウバエ求愛行動の経験依存的指向性シフトの神経基盤の解明」

求愛や攻撃のような個体間コミュニケーションは種の維持に直結する問題である事から、それを実現する神経機構の多くは遺伝的に決定されると考えられている。我々の材料としているショウジョウバエの求愛行動も生得的であり、その実現には転写制御因子をコードするfruitlessfru)遺伝子の機能が決定的な役割を果たしている。

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柳川 右千夫(群馬大学)

「遺伝子改変マウスとウイルスによる抑制性ニューロン選択的遺伝子発現システムの構築」

脳は興奮性と抑制性のニューロンから構成されるネットワークの集まりからできている。抑制性ニューロンは、GABAニューロンとグリシンニューロンに大別される。抑制性ニューロンは少数であり、形態も多様なことから、in vitroおよびin vivoで同定するのは困難である。

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佐々木 拓哉(東京大学)

「行動適応における海馬場所細胞の再生パターンの解析」

海馬の錐体細胞は、動物が特定の空間に存在するときに活動を示す「場所細胞(place cell)」であり、脳の空間表象の中心的役割を担うと考えられている(本細胞の発見は2014年のノーベル医学・生理学賞の対象となった)。海馬では、時折、シャープウェーブリップル波とよばれる神経細胞の大規模な同期活動が発生する。

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櫻井 武(筑波大学)

「行動適応にかかわる覚醒システムの機能解明」

感覚情報は大脳皮質で認知されると同時に大脳辺縁系で処理され、視床下部や脳幹を介して動物の行動を変容させる。覚醒系に関連の深いオレキシン作動性ニューロンは、視床下部外側野に局在し、モチベーションの必要な行動をとるときや、強い情動をともなうキューによって興奮することが明らかになっており、

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小坂田 文隆(名古屋大学)

「大脳皮質領野間フィードバック結合の層特異的な機能の解析」

視覚情報は網膜で受容され、外側膝状体(LGN)を経て、大脳皮質1次視覚野(V1)へと伝えられる。その後、V2、V3、V4、V5などの高次視覚野を含む他の領野へと伝達され、知覚や認知に至る。この視覚情報処理機構は、約50年前にHubelとWieselによってネコの一次視覚野神経細胞の生理学的性質が解明されたことを皮切りに,主にネコやサルなどを用いて解明されてきた。

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日置 寛之(京都大学)

「回路シフトの制御・可視化・構造解析の効率化に向けた基盤技術の開発」

中枢神経系は認知・思考・記憶・感情といった高次機能を実現していますが、その作動原理は未だ謎のままです。高次機能を実現する素子・構成単位として、神経細胞を想定することは妥当でしょう。しかし神経細胞一つ当たりの情報処理速度は高々1KHz程度が限界であり、神経細胞が構成するネットワークにこそ、高次機能を生み出す原理があると考えられます。

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井上 謙一(京都大学)

「神経回路の選択的可視化と操作を実現するウイルスベクターシステムの開発」

認知機能のネットワーク基盤、あるいは発達や学習に伴う脳内ネットワークの変化様式を解明するために、高度な脳機能を有する霊長類において、神経回路選択的な遺伝子操作を行うことは極めて有用であると考えられます。私達は、これまで福島県立医科大学の小林和人教授との共同研究により、逆行性に感染特異性を持つレンチウイルスベクターを開発し、

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平田 たつみ(国立遺伝学研究所)

「二次嗅覚並行回路の機能的シフトの研究」

この領域では、最近私が開発した新規回路操作技術「神経細胞誕生日タグ付けシステムシステム」を使って何か貢献できれば、と考えています。終末分化状態にある神経細胞にとって、その誕生日、すなわち最終分裂を終えたタイミングは特別な意味を持ちます。

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A02行動制御回路の発達と遷移

八尾 寛(東北大学)

「発達期神経回路再編成の定量コネクトミクス解析」

発達期の中枢・末梢神経系では、一時的に過剰に形成されたシナプスが間引かれていくことで回路が再編される。シナプス除去と呼ばれるこの現象は、同じ標的細胞に投射する複数のシナプス間の活動依存的な競合によって生じ、これによって不要な接続が除去されて必要な接続が選択的に強化されることで、機能的に成熟した神経回路が作られていくと考えられている。

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榎本 和生(東京大学)

「モノアミン作動性ニューロンによる嗅覚嗜好性制御機構の解明」

完全変態動物であるショウジョウバエは、幼虫から蛹、成虫へと5日間で変態する過程において、光、温度、食物など様々な外部感覚情報に対する嗜好性が大きく変化します。このような嗜好性スイッチは、変態期間におきる脳神経回路の機能シフトに依存すると考えられますが、その具体的な神経基盤はほとんど理解されていません。

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平林 敏行(放射線医学総合研究所)

「サル前頭葉―側頭葉ネットワークにおける光制御と多細胞同時記録による想起回路の解明」

霊長類の下部側頭葉は物体の形状に関する視覚性長期記憶の「貯蔵庫」として知られており、そのニューロン群は様々な物体記憶の表象や、あるいはそういった記憶を思い出す機能に深く関与する事が、これまでの研究によって明らかにされてきた。このような視覚性長期記憶を支えるニューロンは、

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一瀬 宏(東京工業大学)

「発達に伴う大脳基底核回路変遷におけるモノアミン入力の役割」

大脳基底核は、感覚入力からの情報を整理統合して意志決定を行う情報処理過程に重要であることが、近年数々の研究から明らかとされています。線条体に投射するドーパミンニューロンが、大脳基底核の情報処理を調節していることは、パーキンソン病の研究から明らかとされていますが、その詳細な分子機構は未解明なまま取り残されています。

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喜多村 和郎(山梨大学)

「運動制御・運動記憶における大脳ー小脳動的連関の解明とその操作」

円滑な運動の発現およびその獲得には、多くの脳領野間相互作用とその可塑的変化が必須である。特に、大脳運動関連領野と小脳がなす「大脳―小脳連関」が中心的な役割を果たしており、それらの領野間相互作用について、古くから数多くの実験的および理論的研究がなされてきた。

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山本 亘彦(大阪大学)

「大脳皮質における神経活動依存的な遺伝子発現による回路シフト制御」

脳の発達過程において、神経回路の基本構造は遺伝情報に基づいて自律的に形成されますが、その細部は環境からの刺激によって再編されることが知られています。すなわち、外界からの刺激により誘発される活動電位やシナプス電位といった神経活動が、神経回路を後天的に制御します。この過程を具現化するものとして軸索分岐が知られています。

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藤田 一郎(大阪大学)

「両眼立体視における腹側経路・背側経路の適応的機能制御」

私たちは、空間的に3次元の世界に生きており、周りの世界を、縦・横に加えて奥行きのあるものとして感じます。この知覚能力は両眼立体視と呼ばれます。これが可能なのは、脳が、左右網膜における外界投影像に生じる小さな位置ずれ(両眼視差)を検出し、それを奥行きへと変換するからです。

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畠 義郎(鳥取大学)

「弱視とその回復に伴う視覚系神経回路の再編」

視覚遮断による弱視形成は、脳機能と神経回路の経験依存的な発達や再編を研究する強力なモデルである。発達期の哺乳類に片眼視覚遮断を施すと、大脳皮質一次視覚野のニューロンが遮蔽眼への反応性を失うという機能変化に加えて、遮蔽した眼の情報を視床から皮質へ運ぶ入力軸索の退縮や投射領域(眼優位コラム)の縮小などの回路変化が生じることが、

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宋 文杰(熊本大学)

「学習による大脳皮質異モダリティー応答獲得の神経機構に関する研究」

認知には多感覚統合が重要な役割を果たしている。従来、多感覚統合は大脳皮質連合野で行われていると考えられてきたが、近年、初期の感覚野も異種のモダリティーの刺激に、弱いながら、反応を示し、多感覚統合において何等かの役割を果たしていると提案されるようになってきている。一方、多感覚情報統合能力は、経験や学習によって得られたものと考えられる。

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宇賀 貴紀(順天堂大学)

「柔軟な判断を可能にする神経回路シフトメカニズムの解明」

状況に応じて瞬時に行動を切り替えるタスクスイッチングは、ヒトも含めた霊長類特有の適応的な認知機能である。我々はこれまで、2つのルールに基づいて判断を切り替えるタスクスイッチ課題(図)をサルに適用し、「判断の切り替え」の神経メカニズムを解明してきた。

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本間 光一(帝京大学)

「臨界期を有する学習神経回路の遷移メカニズムの解明」

刷り込み(刻印付け)は、孵化直後の鳥類ヒナが親鳥を記憶する早期学習の典型例であり、孵化後数日間の臨界期を有する学習です。私たちは、ニワトリヒナが刷り込み学習を開始すると、甲状腺ホルモン(T3)が大脳内へ急速に流入し、それが引きがねとなって臨界期が開き、刷り込み学習が成立することを発見しました。

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船水 章大(沖縄科学技術大学院大学)

「行動戦略依存的な動的神経回路シフトの解明」

我々の脳は、目・耳・鼻などへの感覚入力から自らの運動出力まで、不確実な情報から状況を予測し、行動を決定する。例えば、スイカ割りでは、スイカまでの距離の予測を、周囲の人のかけ声などの感覚情報だけでなく、自らの歩行運動でも随時更新・修正する。

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岩里 琢治(国立遺伝学研究所)

「新生仔マウス体性感覚野における回路機能シフトの動態と機構」

哺乳類など高等動物の脳の神経回路は、生まれた段階では大まかで未熟な状態ですが、生後に神経活動(外界からの刺激や脳の中の自発活動)による大規模な再編(機能シフト)を受けることによって成熟し、精緻な神経回路となります。この生後発達期における回路の機能シフトは、高等動物の複雑な行動の基盤となる神経回路を作るための重要な過程ですが、

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松崎 政紀(自然科学研究機構基礎生物学研究所)

「文脈依存的な行動シフトを実現する大脳皮質運動回路の解明」

動物は環境に適応することによって、異なった状況に応じて全く同じ行動を発現することもあるし、同じ状況においても異なった行動を発現することもある。大脳皮質においては運動の主たる最終出力領域は一次運動野であり、この運動野に対して状況に応じて異なった信号が入力しても同一の出力パターンに収斂することもあり、

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川口 泰雄(自然科学研究機構生理学研究所)

「前頭皮質の動的経路変更機構」

新皮質回路構築の理解には多様な領野を超えた共通構築原理だけでなく、領野固有の機能を生み出す上で必要と考えられるニューロン分化則・結合則も明らかにする必要があります。一次感覚野では多くの研究者が解析してきましたが、前頭皮質の局所回路の解析はまだ多くありません。

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吉村 由美子(自然科学研究機構)

「知覚学習の大脳皮質神経回路基盤」

外界の環境に適応するために、感覚機能は経験に依存して柔軟に調節される。例えば、特定の感覚刺激を繰り返し学習すると、その刺激に対する知覚機能が向上することが知られている。この機能向上は、大脳皮質感覚関連領野における神経活動の変化や神経回路シフトを基盤として成立すると考えられるが、どのような変化によるかは不明な点が多い。

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A03行動制御回路の障害と再編

高橋 真有(東京医科歯科大学)

「経路選択的シナプス遮断法を用いた随意性眼球運動系の神経回路の障害とその再編」

脳は重要な感覚情報である視覚入力を適切に取り込むため、種々の眼球運動サブシステムを使い分けています。目の前に興味のある対象物が現れる時に、急速な眼球運動(サッケード)を、ゆっくり動く視覚対象物を目で追う時に、滑動性眼球運動や輻輳性眼球運動を、静止した視覚対象物を頭部が動く状況下で見る時に前庭動眼反射を用いています。

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山中 章弘(名古屋大学)

「オレキシン神経脱落による機能シフトが情動脱力発作を引き起こすメカニズム解明」

これまでの研究は、光遺伝学(オプトジェネティクス)や、薬理遺伝学(ファーマコジェネティクス)を用いて、特定の種類の神経活動だけを操作することまたは、特定の神経細胞の運命を制御をおこない、その結果として生じる個体レベルでの変化を解析することで、神経回路機能を明らかにする研究を行ってきている。

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木下 専(名古屋大学)

「嗅内皮質-海馬歯状回シナプス分子欠乏による空間失認と適応的代償機構の解析」

嗅内皮質―海馬間の双方向性興奮性投射路が構成する閉鎖回路は記憶と空間認知の中枢として重要である。興奮性シナプスの近傍(pre/post/perisynapse)には足場蛋白質セプチン(SEPT1-14)のサブセットから成る線維状重合体が局在してシナプス伝達調節に寄与しているが(2007, 2013, 2015)、postsynapseにおける機能は全く不明である。

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高田 昌彦(京都大学)

「サル脊髄損傷モデルを用いた代償性神経回路再編メカニズムの解明」

外傷や梗塞が原因となって脊髄損傷が起きると、運動指令を司る皮質脊髄路(CST)が切断され、損傷部位以下の領域に関わる運動障害・麻痺が発現する。脊髄損傷の後に運動機能の回復がもたらされるためには、ニューロンの可塑的変化によって代償性にCST回路が再編され、正常に働くことが本質的であると考えられるが、

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山下 俊英(大阪大学)

「随意運動神経回路の機能シフト」

本研究では、中枢随意運動回路の可塑性を制御する機構を明らかにすることを目的とする。これまでの研究で、中枢神経損傷後に、運動機能を制御する皮質脊髄路が、損傷を免れた軸索から頚髄のレベルで側枝を形成し、interneuronsに新たな回路を形成することを、申請者は明らかにした。

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玉巻 伸章(熊本大学)

「大脳新皮質神経細胞の脱落に伴って起きる神経細胞の新生現象の解明」

昨今、再生医療の発展により、人の様々な臓器の機能を回復できる未来が見え来ました。しかし脳機能の維持、回復を図る治療法も同時に実現できなければ、増える高齢者の介護の為に、多くの働き手の時間が占有されてしまい、日本社会が麻痺しかねません。

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飛田 秀樹(名古屋市立大学)

「脳出血後のリハビリによる上肢機能の回復過程における皮質赤核路の関与に関する研究」

脳障害後の集中的なリハビリテーションは、ヒトがもつ内在的な回復能を高め、神経回路の再構成に大きな影響を及ぼし、運動機能の再建を導く有効な方法である。その過程で、新たな神経回路への適応的なシフトが関与すると示唆されている。

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坪井 昭夫(奈良県立医科大学)

「成体神経新生を利用した障害脳神経回路の機能的再建」

嗅球介在ニューロンは、成体になっても常に、側脳室の周囲で生まれ、匂い情報を処理する嗅球へ移動して、その神経回路に組み込まれている(右図A)。興味深いことに、通常、嗅球へ移動する介在ニューロンが、脳梗塞時には少数ではあるが、その移動先を変え、梗塞部位である線条体の神経回路に到達することが知られている。

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武内 恒成(愛知医科大学)

「脳脊髄損傷後再生における神経回路再編の動態解析-細胞外環境制御とウイルス導入系-」

中枢神経系の発生や再生過程においては、神経回路の編成や再編成は、神経細胞に存在する細胞接着分子と細胞外基質の相互作用によって制御されています。特に細胞外基質においては、様々なタンパク質分子だけではなく多くの糖鎖構造が機能を担っており、

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佐野 裕美(生理学研究所)

「大脳基底核変性疾患における回路変動と不随意運動出現の因果関係」

パーキンソン病、ハンチントン病、ジストニアといった神経疾患で起こる運動異常は、大脳基底核の障害により生じることが知られています。大脳基底核には、直接路・間接路・ハイパー直接路と呼ばれる3つの経路があり、大脳皮質からの指令はこの3つの経路を通って大脳基底核の出力部である黒質網様部/淡蒼球内節に伝えられ、運動が制御されると考えられています。

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