脳科学研究戦略推進プログラムについて

A bou t Stra teg ic Research Prog ra m fo r B r a i n S c i en c e s
背景と概要 ·············································································································································································· Page 1 〜 3Background & Outline
体制図 ······················································································································································································· Page 4
Organization Chart

課題 G について
A bou t F i eld G

概要 ···························································································································································································· Page 5 〜 6Outline体制図 ······················································································································································································· Page 7
Organization Chart
各研究グループについて ················································································································································· Page 8
Research Groups

課題 G メンバー

Members of Field G

神経回路機能解析グループ Research Group for Functional Analysis of Neural Circuits
松尾 直毅（京都大学）····························································································································································· Page 9
MATSUO, Naoki (Kyoto University)

永井 拓（名古屋大学）······························································································································································ Page 10
NAGAI, Taku (Nagoya University)

河西 春郎（東京大学） ···························································································································································· Page 11
KASAI, Haruo (The University of Tokyo)

岡本 仁（理化学研究所） ························································································································································· Page 12
OKAMOTO, Hitoshi (RIKEN)

伊藤 啓（東京大学）································································································································································· Page 13
ITO, Kei (The University of Tokyo)

榎本 和生（東京大学） ···························································································································································· Page 14
EMOTO, Kazuo (The University of Tokyo)

森 郁恵（名古屋大学） ····························································································································································· Page 15
MORI, Ikue (Nagoya University)

プロテオミクスグループ Research Group for Proteomics
貝淵 弘三（名古屋大学） ························································································································································ Page 16
KAIBUCHI, Kozo (Nagoya University)

コンピュテーショングループ Research Group for Computation
石井 信（京都大学）································································································································································· Page 17
ISHII, Shin (Kyoto University)

吉本 潤一郎（沖縄科学技術大学院大学） ···························································································································· Page 18
YOSHIMOTO, Junichiro (Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University, OIST)

臼井 支朗（理化学研究所） ···················································································································································· Page 19
USUI, Shiro (RIKEN)

脳プロ

背景と概要
脳科学の 2 つの意義

科学的意義

社会的意義

脳科学研究の成果は多くの自然科学に波及効果をもたらし，
また人文・社会科学と融合した新しい人間の科学を創出するなど，
これまでの科学の枠組みを変える可能性を秘めています。

現代社会は少子高齢化，生活様式の多様化・複雑化が進み，心身ともに様々な問題を抱える人が著しく増えてきています。
一方，脳科学研究は近年めざましい発展を遂げており，
医療・福祉の向上に最も貢献できる研究分野の一つです。
将来的には教育等における活用も期待されています。

「脳科学研究戦略推進プログラム（脳プロ）」発足の経緯向けて，社会への応用を見据えた脳科学研究を戦略的に

このような 2 つの意義を背景に，脳科学委員会における推進するプログラムです。

議論を踏まえ，文部科学省は平成２０年度より「脳科学研脳 プ ロ で は，そ れ ぞ れ の 課 題 を 担 当 す る プ ロ グ ラ ム

究戦略推進プログラム（脳プロ）」を開始いたしました。

ディレクター，
プログラムオフィサーの指導・助言の下，
研究を

脳プロは，
「社会に貢献する脳科学」の実現を目指して，
特に進めています。

重点的に推進すべき政策課題を選定し，その課題解決に
脳科学委員会
平成１９年１０月，文部科学大臣が科学技術・学術審議会に対し，「長期的展望に立つ脳科学研究の基本的構想及び推進方策について」を諮問。
これを受け，
同審議会の下に「脳科学委員会」を設置。
我が国における脳科学研究を戦略的に推進するため，その体制整備の在り方，人文・社会科学との融合，更には大学等における研究体制等を議論し，平成２１年６月に第１次答申「長期的展望に立つ脳科学研究の基本的構想及び推進方策について」を取りまとめた。
本答申では，重点的に推進すべき研究領域等を設定し，社会への明確な応用を見据えて対応が急務とされる課題について，戦略的に研究を推進することを提言。

BMI
技術

霊長類
モデル

BMI 技術BMI技術を用いた自立支援、精神・神経疾患等の克服に向けた研究開発

霊長類モデル

霊長類モデル動物の創出・普及体制の整備

課題G

脳科学研究を支える集約的・体系的な情報基盤の構築

1

実施課題について

BMI 技術を用いた自立支援、精神・神経疾患等の克服に向けた研究開発

生命
倫理

生命倫理等に関する課題の解決に関する研究実施機関：東京大学

BMI 技術を用いて，身体機能の回復，代替・補完や精神・神経疾患の革新的な診断・治療・予防法につながる研究開発を実施

BMI
技術

BMI：ブレイン・マシン・インターフェース。
Brain（脳）とMachine（機械）を相互につなぐ技術です。

課題

F

課題

霊長類モデル動物の創出・普及体制の整備

E

脳科学研究や創薬を推進する基盤強化のため、利用者のニーズの高い精神・神経疾
患に対するモデルマーモセットの遺伝子改変等による創出及び低コストでの供給を可能とする普及体制の整備

神経情報
基盤

精神・神経疾患の発症のメカニズムを解明する研究を含む本事業全体の研究を促進するに当たり，倫理的・法的・社会的課題に対する注意深い検討が不可欠であり，新たな問題等を解決するための研究を平成 23年度
より実施

健康脳

霊長類
モデル

精神・神経疾患（発達障害，うつ病等，認知症）の発症のメカニズムを明らかにし，早期診断，治療，予防法の開発につなげるための研究開発を実施

課題G

脳科学研究を支える集約的・体系的な情報基盤の構築

生涯
健康脳

Ｈ21年度

Ｈ22年度

心身の健康を維持する
脳の分子基盤と環境因子

心身の健康を支える脳の機能や健康の範
囲を逸脱するメカニズム等を「分子基盤と環境因子の相互作用」という視点で解明するための研究開発を実施

複雑かつ多階層な脳機能を解明するため，様々なモデル動物から発生する多種類，多階層情報を集約化・体系化した情報基盤の構築を目指した
研究を実施

Ｈ20年度

精神・神経疾患の克服を目指す脳科学研究

Ｈ23年度

Ｈ24年度

Ｈ25年度

Ｈ26年度

Ｈ27年度

Ｈ28年度

Ｈ29年度～

ブレイン・マシン・インターフェース（BMI）の開発

課題 A ◎ 川人 光男（国際電気通信基礎技術研究所（ATR））

独創性の高いモデル動物の開発

課題 C ◎ 伊佐 正（自然科学研究機構）

社会的行動を支える脳基盤の計測・支援技術の開発

課題 D ◎ 狩野 方伸（東京大学）

心身の健康を維持する脳の分子基盤と環境因子

課題 E ◎ 水澤 英洋（東京医科歯科大学）

精神・神経疾患の克服を目指す脳科学研究

発達障害研究チーム ◎ 尾崎 紀夫（名古屋大学）
課題 F うつ病等研究チーム◎ 山脇 成人（広島大学）
脳老化研究チーム◎ 武田 雅俊（大阪大学）

脳科学研究を支える集約的・体系的な情報基盤の構築

課題 G ◎ 貝淵 弘三（名古屋大学）

BMI技術を用いた自立支援 、精神・神経疾患等 のBMI技術 克服に向けた研究開発◎ 里宇 明元（慶應義塾大学）

霊長類モデル動物の創出・普及体制の整備

霊長類モデル ◎ 佐々木 えりか（実験動物中央研究所）◎：拠点長
2

社会に貢献する脳科学の実現を目指す

課題 B ブレイン・マシン・インターフェース（BMI）の開発（個別研究）

Background & Outline

SRPBS

As our society is graying and increasing its diversity andcomplexity, the societal expectations for the brain science are
growing. People look forward to this field as a key to solving
various problems confronting modern society.
“Strategic Research Program for Brain Sciences (SRPBS)” waslaunched in fiscal 2008, based on the proposal by the Brain

Science Committee of the Ministry of Education, Culture,
Sports, Science and Technology.
The objective of this program is to strategically promote
brain science research that aims at passing and returning thebenefits of research results to society as a whole.

Brain Science Committee
In October 2007, MEXT Minister requested the report “Long-term Vision
and Promotion Measures for Brain Science Research” to the Council for
Science and Technology.
As a result, the Brain Science Committee was formed within theCouncil, and deliberations are being conducted by the Committee in

preparation for a draft response. In Initial Report prepared in June 2009by the Council, topic areas which require a more concentrated effort,
especially those of great significance for society.
Research topics are being sought in strategic areas which address
challenging policy issues.

BMI
Tech.

Development of BMI Technologies for Clinical Application

PrimateModelsConstruction of
System for Spread ofPrimate Model Animals

SRPBS History(ﬁscal) 2008

2009

2010

2011

2012

2013

2014

2015

2016

2017～

Brain Machine Interface Development

Field A ◎ KAWATO, Mitsuo (ATR)

Field B Brain Machine Interface Development
Highly Creative Animal Model Development for Brain Sciences

Field C ◎ ISA, Tadashi (NINS)

Development of Biomarker Candidates for Social Behavior

Field D ◎ KANO, Masanobu (The Univ. of Tokyo)
Field E

Understanding of Molecular and Environmental Bases
for Brain Health◎ MIZUSAWA, Hidehiro (Tokyo Medical and Dental Univ.)

Integrated Research on Neuropsychiatric Disorders

OZAKI, Norio (Nagoya Univ.)
Field F ◎◎ YAMAWAKI, Shigeto (Hiroshima Univ.)◎ TAKEDA, Masatoshi (Osaka Univ.)

Bioinformatics for Brain Sciences

Field G ◎ KAIBUCHI, Kozo (Nagoya Univ.)

Development of BMI Technologies for

BMI Tech. Clinical Application◎ LIU, Meigen (Keio University)

Construction of System for Spread ofPrimate Models Primate Model Animals◎ SASAKI,Erika(Central Institute for Experimental Animals)◎：Field Leader
3

PromotingBrain Science
which
Contributes toSociety脳プロ／ SRPBS

体制図

Organization Chart

4

概

課題 G

要

使命・目的
「情動の制御機構を解明するための神経情報基盤の構築」
ことから，これら疾患と関わりがある情動に焦点を当て，研究を進

課題 G は，「神経情報基盤」とも呼ばれており，脳の特定の機能めます。

を解明するために，最新の技術を用いて網羅的に脳活動の計測を行い，得られた情報をデータベース化し，脳機能をコンピュー快・不快，
恐怖などの情動はモノアミン系神経により制御されてタにより表現する計算モデルの構築を目指す課題です。
将来的にいることが知られており，モノアミン系神経による報酬系は線虫

は，この計算モデルを用いてヒトの脳活動をシミュレーションにからヒトまで幅広く保存されています。
モノアミンやグルタミン酸の細胞内シグナルの一部が明らかにより解析することにつなげていきます。

なりつつありますが，情動に関連する細胞内シグナルについては

神経細胞同士の情報交換が，分子，細胞，神経回路などの多階層

不明な点が多く残っています。

でどのように行われているのかを多種類のモデル生物を用いて本研究課題では，情動の制御機構を理解するための情報基盤を調べ，得られた膨大な生物学的データを高度な情報処理技術によって理論的に統合・解析し，有用なデータとして研究者へ提供構築することを目的とし，関連する神経回路の動作原理や再編をすることで，
脳科学研究の発展へとつなげます。

制御するメカニズムの一端を明らかにすることを目標としています。

特に，精神・神経疾患の増加が大きな社会問題になりつつある研究推進体制について
神経回路機能解析，
プロテオミクス，
コンピュテーションの３つのグループが連携し，データ駆動型の研究を遂行します。

神経回路機能解析グループ
快・不快情動の制御機構をマウスの扁桃体・側坐核を中心に解析するために，情動の情 報 が 割 り 付 け られる神経細胞の同定を行い，情動制御に関わる細胞内シグナル伝達経路（特にモノアミン系）と局所回路の動作特性を統合的に理解することを目指します。
最近，情動的価値判断に基づく行動の神経回路が，ゼブラフィッシュ，ショウジョウバエ，線虫といったモデル生物に保存されていることが明らかになっています。
神経回路網の構造が，ほ乳類の脳と比べて格段に単純で，遺伝学的操作や神経活動の可視化・操作が容易なこれらのモデル生物を用いて，モ
ノアミン系が関与する目的達成行動
プログラムを制御する神経回路の情報基盤を収集し，それらの作動原理の解明を目指します。

プロテオミクスグループ
快感や恐怖を生じる際の側坐核や扁桃体で起こるリン酸化反応を網羅的に解析し，情動制御機能に関わる
シグナル伝達経路を特定します。
他のグループとも共同して，これらのシグナル伝達経路の神経細胞機能や神経回路動作，回路再編における役割を遺伝子改変マウスや遺伝子導入技術を用いて明らかにします。
また，他のグループが解析しているモデル生物について，機能分子を中心としたリン酸化プロテオミクス
やインタラクトーム解析を共同で行
い，結果をフィードバックします。
以上の情報を統合し，中核グループ
として情動反応に関わる神経情報基盤を構築することを目指します。

互いに連携

5

コンピュテーション
グループ
不快，恐怖などの情動を司る大脳基底核や扁桃体は，動物の環境適応にとって最も重要なシステムです。
情動はドーパミンやセロトニン，
アドレナリンなどのモノアミン系神経修飾物質によって駆動されていることが知られていますが，どのように情動が制御されているかは未だ謎のままです。
そこでコンピュテーショングルー
プでは，情動によって駆動される動物行動学習に対する，分子・細胞・回路をつないだ多階層神経機構を，計算論的に明らかにすることを目指しています。
加えて，実験系研究に貢献できるようなデータベースの設計及びそれと連動する解析・シミュレーション
ツールの開発を行います。

Outline

Field G

Mission, Objectives
Building Bioinformatics for Brain Sciences to Elucidate the Mechanisms that Control Emotions
The aim of Field G "bioinformatics for brain sciences" is tounderstand specific function of the brain by re-constructing
in silico. To achieve this aim, brain activity is comprehensively
measured by using cutting edge technology. And obtained
data is stored to create database. In the future, we apply this insilico simulation model to human brain to analyze brain activity.
We use various kinds of model organism to study how
information is exchanged between neurons in different level,such as a molecule, a cell and a neural circuit.
Then we theoretically integrate and analyze obtained hugeamount of biological data by advanced information processing
technology. Offering these useful data to researchers, we help
to promote brain scientific research.

Increased psycho-neurologic disease has become a largesocial problem, we focus on emotion related to these disorders.
Emotions such as pleasure, displeasure and fear are controlled
by monoaminergic neurons. The monoamine-mediated reward
process is broadly conserved from nematodes to humans.
Although the roles of some intracellular signals of monoaminesor glutamic acid are becoming clear, many questions about the
intracellular signals that are relevant to emotions remain largely
unknown.
We aim to uncover information that will allow us to understandthe mechanisms that control emotions, thereby clarifying themachineries that regulate the operating principles of neuralcircuits and their restructuring.

Summary of Research Promotion Organization
Three research groups, investigating “Functional Analysis of Neural Circuits”, “Proteomics” and “Computation”, work together
to carry out this data-driven research.

Research Group for
Functional Analysis
of Neural Circuits

Research Group forProteomics

Research Group for
Computation

To analyze the mechanisms that
control pleasant and unpleasantemotions, the group identifies specificneurons that receive emotional
information in the amygdala andnucleus accumbens in mice. This work
provides a better understanding of
the characteristics of the intracellularsignaling pathways (especially themonoaminergic system) involved in
the regulation of emotion and theoperating principles of the neuralcircuitries. Recent studies haveshown that the neural circuitries
that control the purposeful action
program through monoamines are
evolutionally conserved amongmodel laboratory animals, such as
the zebrafish, fruit fly and nematode.
Using these model organisms,
this group identifies some criticalproperties of the neural circuitries
that are regulated by monoamines,
contributing to our understanding of
the operating principles of the neuralcircuitry.

The
group
comprehensively
analyzes phosphorylation reactionsin specific brain regions, such as thenucleus accumbens and amygdala,
upon pleasant sensations or fear andspecifies the signaling pathways
involved in emotion control. This
group explores the roles of various
signaling pathways in neuralfunctions, neural circuitry operationand circuitry restructuring using
genetically engineered mice orgene transfection technologies,
in collaboration with the othergroups. Moreover, this groupperforms phosphoproteomic andinteractome analyses centered onfunctional molecules in the modelorganisms. The group synthesizes
the above information to increase
our cumulative knowledge about
the molecular basis of emotional
reactions.

The basal nuclei of the cerebrum
andthe
amygdalamanageemotions such as displeasure andfear and are the most importantsystems for adaptation to theenvironment. Although it is wellknown that emotions are driven bymonoaminergic neurotransmitters,such as dopamine, serotonin andadrenaline, the control of these
emotions remains a mystery. The
group aims to computationally clarify
the multilayered nerve mechanismthat connects the molecules,
neurons, and circuitries that govern
animal behaviors that are driven
by emotions. Furthermore, thisgroup designs the database anddevelops simulation and analysis
tools that can be used to further our
experimental research.

cooperation with each other6

体制図

課題 G ／ Field G

Organization Chart

PD・PO

Program Director, Program Officer

プログラムディレクター

プログラムオフィサー

Program Director

Program Officer

三品 昌美

田邊 勉

MISHINA, Masayoshi

TANABE, Tsutomu

拠点長

Field Leader

貝淵 弘三（名古屋大学）

KAIBUCHI, Kozo (Nagoya Univ.)

神経回路機能解析グループ

プロテオミクスグループ

コンピュテーション
グループ

Research Group for
Functional Analysis of Neural Circuits

Research Group forProteomics

Research Group for
Computation

岡本 仁（理化学研究所）

貝淵 弘三（名古屋大学）

石井 信（京都大学）(RIKEN)(Nagoya Univ.)(Kyoto Univ.)

OKAMOTO, Hitoshi

KAIBUCHI, Kozo

ISHII, Shin松尾 直毅（京都大学）

吉本 潤一郎（沖縄科学技術大学院大学）(Kyoto Univ.)(OIST)

MATSUO, Naoki

YOSHIMOTO, Junichiro

永井 拓（名古屋大学）

臼井 支朗（理化学研究所）(Nagoya Univ.)(RIKEN)NAGAI, Taku

USUI, Shiro

河西 春郎（東京大学）
KASAI, Haruo(The Univ. of Tokyo)

伊藤 啓（東京大学）
ITO, Kei(The Univ. of Tokyo)

榎本 和生（東京大学）
EMOTO, Kazuo(The Univ. of Tokyo)

森 郁恵（名古屋大学）
MORI, Ikue

(Nagoya Univ.)：グループリーダー (Group Leader)7

課題 G ／ Field G

各研究グループについて

Research Groups

連携体制
プロテオミクスグループは，
神経回路機能解析グループの協力

データと神経回路機能解析グループから得られた神経回路の解のもと恐怖や快感を生じる際のマウスの扁桃体や側坐核あるい析データを元に，細胞内と神経回路のシミュレーションモデルをは線虫，
ショウジョウバエ，
ゼブラフィッシュなどの神経細胞で起構築します。神経回路機能解析グループは，
プロテオミクスからこるリン酸化反応を網羅的に解析します。さらに，
コンピュテー

提供されるリン酸化プロテオミクスデータを利用して，情動に関ショングループと協力してリン酸化プロテオミクスを中心とした連する神経回路の動作原理や可塑性変化を制御するメカニズム

データベースを作成します。
コンピュテーショングループは，
プを明らかにします。
また，
コンピュテーショングループが構築する

ロテオミクスグループから提供されるリン酸化プロテオミクス

シミュレーションモデルの検証を行います。

Cooperation"Research Group for Proteomics" comprehensively analyzes
the phosphorylation reactions not only in the amygdala andnucleus accumbens in mice but also in other model organisms,
including the nematode, fruit fly, and zebrafish, in cooperation
with "Research Group for Functional Analysis of Neural Circuits".
Furthermore, this group collaborates with "Research Group for
Computation" to produce the phosphoproteomics database.
"Research Group for Computation" builds the simulation
models of intracellular signaling pathways and of the neuralcircuitries based on the phosphoproteomic data generated
by "Research Group for Proteomics" and the neural circuitry
data obtained from "Research Group for Functional Analysis
of Neural Circuits". "Research Group for Functional Analysis of
Neural Circuits" clarifies the mechanisms that control the neuralcircuitries and synaptic plasticity relevant to emotions using thephosphoproteomic data from "Research Group for Proteomics"
and experimentally verifies the simulation models made by"Research Group for Computation".

プロテオミクスグループ
Research Group for Proteomics

情動（快感・恐怖）により側坐核・扁桃体で起こる
リン酸化反応の網羅的解析
Phosphoproteomic analysis in amygdala and nucleus accumbens

リン酸化データ
Phosphoproteomic data

3 グループの連携・情報共有
Cooperation with each other
実験データ
Experimental data

データ駆動型研究
Data driven research

神経系に特化したリン酸化プロテオミクスデータベース
Phosphoproteomic database for brain

情動の制御機構の解析

Analyzing control mechanisms of emotions
検証用データProviding the datafor validation

データ駆動型研究
Data driven research

データベース整備・運用
Database maintenance

神経回路機能解析グループ

コンピュテーショングループ

・神経細胞機能や神経回路の動作におけるシグナル伝達経路の解析
・Analyzing roles of signal transduction inneurons and neural circuitries

・神経系特化型リン酸化データベース作成
・Constructing multi-layered simulation
modelsResearch Group for Functional Analysis of Neural Circuits

Research Group for Computation

・分子・細胞・回路をつなぐシミュレーション
モデルの構築・Phosphoproteomic database for brain

・モノアミン系制御による目的達成行動
プログラムの神経回路の情報基盤の収集
・Dissecting properties of neural circuitries regulated by monoamines

8

Kyoto University「情動系神経情報基盤構築のための実験動物の開発」
Development of Model Animals for constructing bioinformatics for brain sciences of Emotional
System松 尾直 毅

Emotional system is one of the most important
brain system for animals survive, and the plasticity
there is indispensable for the adaptations to a changing
environment. Although many studies using animalmodels such as fear conditioning and reward behaviors
have identified brain regions involved in emotions, theunderlying mechanisms still remain unclear. One of
the critical problem to investigate the brain function
including emotional system is that a given behavior isbelieved to be controlled by a small subset of neurons
sparsely distributed in the brain. Therefore, the analysesof the molecular, morphological, and physiologicalproperties of cells and synapses should be performedin the cells actually activated by emotional stimuli. For
this aim, we will develop genetically engineered miceby using a combination of neuronal activity-dependent
promoter and tetracycline-inducible expression system
to manipulate behaviorally activated neurons. The
mice will be shared with research group for functional
analysis of neural circuits and proteomics. The obtained
data will be analyzed and simulated by a computationgroup for integrative understanding of the molecularand cellular mechanisms involved in emotion.

京都大学 白眉センター
特定准教授， 博士 （医学）1995 年大阪大学理学部卒業。 1998 年大阪大学大学院医学研究科修士課程修了。 2002 年京都大学大学院医学研
究 科 博 士 課 程 修 了。 博 士 （ 医 学 )。 2003 年 The Scripps
Research Institute 研究員， 2008 年藤田保健衛生大学講師を経て， 2010 年 4 月より現職。

MATSUO, Naoki, PhD
Associate Professor, The Hakubi Center,
Kyoto University
1995 Graduated from Osaka University Faculty of Science. Ph.D.
degree in medical science from Kyoto University in 2002, served
as Research Associate of The Scripps Research Institute from 2003,
Senior Assistant Professor of Fujita Health University from 2008,
and was transferred to the current position in 2010.

情動系は動物の生存にとって最も重要なシステムの一つであり， そこでの可塑的変化は動物の環境適応に必須である。 恐怖条件付け及び報酬系行動は主に情動系の神経情報基盤を研究するための動物モデルとして広く利用されており， これまでの多くの研究により，これらに関与する脳の領域などが同定されつつあるが，いまだその仕組みはよく分かっていない。 情動を含む
脳科学研究を進める上で最大の問題点の一つは， たとえ責任脳領域が明らかになったとしても， 実際に任意の情動に関与しているのはその領域内に分散する限られた一部の細胞集団であるということである。 したがって， それらの細胞集団に焦点を絞って， シグナル伝達
分子機構， 生理機能特性， シナプスの数や形態の変化などを解析する必要があるが， 現状では適切なツールがないため， 極めて困難である。 そこで， 上記の問題を克服するために本研究では， 最初期遺伝子のプ
ロモーターとテトラサイクリン誘導系などを活用した遺伝
子改変マウスの開発 ・ 改良を行うことを目的とする。 開発したマウスは他の神経回路機能解析グループ， プロ
テオミクスグループと共有して解析を行い， 得られた諸データをコンピュテーショングループに提供することにより， 情動制御に関わる細胞内シグナル伝達経路の分子機構を統合的に理解することを目指す。

図 ： 行動刺激により活動した神経細胞の標識

Fig. Labeling of behaviorally activated neurons.

9

Nagoya University「情動制御機能に関わるシグナル伝達経路の時空間的解析」
Spatiotemporal analysis of signal transduction pathway implicated in emotional regulation

永 井

べる。 さらに， 同定された分子の遺伝子改変マウスを用いてドパミンなどのモノアミン系シグナルの解析と行
動解析を行い， 情動行動における重要性を評価する。
得られた結果をプロテオミクスグループにフィードバック
し， コンピュテーショングループにより作成されたデータ
ベースに高次脳機能の情報を付加する。

拓名古屋大学大学院医学系研究科
医療薬学 ・ 医学部附属病院
薬剤部
准教授， 博士 （医学）1998 年名城大学薬学部卒業。 2000 年名城大学大学院薬学研究科修了。 修士 （薬学）。 2003 年名古屋大学大学院医学系研究科修了。 博士 （医学）。 名古屋大学医学部附属病院文部科学技官， 金沢大学大学院自然科学研究科助手 ,名古屋大学大学院医学系研究科特任講師を経て， 2010 年
1 月より現職。

Distinctive neuronal nuclei and networks play
crucial roles in higher brain function (e.g. learning,memory and cognition) and emotion (e.g. pleasant,unpleasant and anxiety). Drug dependence iswidely preserved beyond species. Activation of themesolimbic dopamine system, which originates in the
midbrain ventral tegmental area and projects to the
nucleus accumbens, has been implicated in the positive
reinforcing (rewarding) effects of abused drugs.
Alternatively, synaptic plasticity in the amygdala andhippocampus contribute to fear memory. Although themolecular mechanism is becoming clarified, the kinetics
of signal substrates that are involved in emotional brain
function remain unclear. In the research supported by
the SRPBS, we focus on the spatiotemporal analysis of
signal transduction pathways implicated in emotional
regulation. To this end, we examine time-course changes
in protein kinase activity and its expression pattern inthe brain of rodents after presentation of emotional
stimulus. In collaboration with the proteomics
group, we attempt to characterize neurochemical andbehavioral significance of phosphorylated substrates
that are identified by phosphoproteomic approach.
Finally, we provide these findings for proteomics andcomputation groups to develop a database.

NAGAI, Taku, PhD
Associate Professor, Department of
Neuropsychopharmacology and Hospital
Pharmacy, Nagoya University Graduate School of
Medicine
1998 Graduated from Meijo University Faculty of Pharmacy.
2003 Ph.D. degree in Neuropsychopharmacology from Nagoya
University. 2003 Clinical Pharmacist in Nagoya University Hospital.
2004 Research Associate in Kanazawa University. 2006 AssistantProfessor, 2010 Associate Professor in Nagoya University Graduate
School of Medicine.

学習記憶や認知などの高次脳機能及び快 ・ 不快や不安などの情動についてそれぞれ特有の神経核， 神
経回路が同定されている。 例えば， 薬物による脳機能変化として薬物依存が知られており， ヒトから線虫まで幅広く認められる。 依存性薬物は脳内の報酬回路を活性化して報酬効果を示すことが知られており， 中脳腹側被蓋野から側坐核に投射する中脳辺縁系ドパミン作動性神経系は報酬回路を構成する重要な神経系の一つである。 また， 恐怖記憶に重要な役割を果たしている神経核として扁桃体や海馬がある。 これら情動に関与する細胞内シグナル伝達経路の一部が明らかになりつつあるが， 現状ではこれら脳機能と関連する細胞内シグナルが脳内でどのような動態変化を示すのかは不明である。 本研究では， 恐怖や快感を伴う行動を示すマウスやラットを作製し， これらモデル動物の各脳部位において， 情動制御に関与すると考えられる既知のリン酸化酵素などの機能分子の活性の経時的な変化や発現細胞を調べる。 また， プロテオミクスグループと共同してリン酸化プロテオミクス解析を行い， 同定された分子のリン酸化について脳内の時空間的変動を調

図 ： 研究計画の概要

Fig. Outline of working scheme.
10The University of Tokyo「側坐核スパイン形態可塑性の２光子解析」
Structural plastitiy of dendritic spine in the nucleus of accumbens

必須なシナプスレベルでの基盤構築となる。

河 西

春 郎

東京大学大学院医学系研究科
疾患生命工学センター
構造生理学部門教授， 医学博士

The nucleus accumbens is a major brain center forpleasant emotion and memory. The nucleus accumbens
receives glutamatergic input from the cortex andthalamus, and dopaminergic input from the ventral
tegmental area (VTA). Although the dopaminergic
input appears to code reward information, it is unclear
how the dopamine signals interacts with the plasticityof glutamatergic synaptic transmission. In the cerebral
cortex, it has been well established that excitatory
synapses are made on small protrusions of dendrites,
dendritic spines, which act as memory elements, andtheir structures have given valuable clues to understandthe memory mechanisms. Although the principal
neurons of the nucleus accumbens, the medium spiny
neurons, receive glutamatergic input on their dendritic
spines, the properties of the spines in the accumbens
have not been investigated. We therefore apply twophoton microscope and optogenetics to the nucleus
accumbens to examine the plasticity mechanismsof spine synapses in the medium spiny neurons in
the accumbens and interactions of glutamatergic anddopaminergic signals. We aim at clarifying the cellularbasis of the reinforcement learning and the interactionsof glutamate/dopamine synapses during emotional
activities of the brain. We will also perform imaging
study of the molecular basis of synaptic plasticity in theaccumbens to identify the key molecules characterized
by the proteomic analysis in the other laboratories ofthis research project.

1981 年東京大学医学部医学科卒業 (MD)。 1985 年東京大学医学部医学科博士課程修了。 (PhD， 生理学 )。 1988 年
Alexander von Humboldt fellow, Max–Planck–Institute, 1999
年自然科学研究機構生理学研究所教授を経て， 2005 年東京大学大学院医学系研究科教授。

KASAI, Haruo, MD, PhD
Professor, Laboratory of Structural Physiology,
Center for Disease Biology and Integrative
Medicine, Graduate School of Medicine,
The University of Tokyo
1981 Faculty of Medicine, The University of Tokyo (M.D.), 1985
Graduated School of Medicine, The University of Tokyo (Ph.D.),
1988 Alexander von Hunboldt fellow at Max-Planck-Institute, 1999
Professor, National Institutes for Physiological Sciences, 2005
Professor, The University of Tokyo.

快情動の記憶には快中枢と言われる側坐核のシナプ
ス可塑性が大きく関与する。側坐核は主に皮質 ・ 視床からグルタミン酸作動性の入力，腹側被蓋野からドーパミン作動性入力を受ける。動物個体レベルの研究からドーパミン入力は報酬 （快） 情報をコードしていると考えられてきたが，この報酬情報が，グルタミン酸シグナルとどう相互作用し，快情動記憶の基盤となる可塑性を引き起こすかは不明な点が多い。最近の大脳皮質で明らかにされてきたように，可塑性は樹状突起スパインの形態に着目することで，記憶素子の単位であるシナプスレベ
ルでの理解が可能になる。そこで我々は 2 光子刺激，
光遺伝学を駆使し，グルタミン酸 / ドーパミンシグナル
を光で制御することで側坐核のスパイン形態可塑性について調べる。これにより，快情動記憶におけるグルタミ
ン酸 / ドーパミンの相互作用に関する動物個体レベルの知見や強化学習モデルをシナプス単位で対応付けていくことを目指す。更に今後，スパイン内の細胞内シグ
ナルの可視化技術が開発されれば，プロテオミクス等で得られた細胞内シグナルに関する知見をシナプスレベ
ルの現象と対応付けて理解する際にも有用となる。このように本研究は情動記憶を多階層的に理解するために

図 ： 側坐核中型有棘細胞のスパイン形態可塑性

Fig. The structural plasticity of dendritic spines in themedium spiny neurons of the nucleus accumbens.

11

RIKEN「モデル実験動物の情動制御に関する神経情報基盤の構築」
Establishment of bioinformatics for brain sciences of emotional regulation in model animals

岡 本

ルからシナプスレベルまで， 生きたゼブラフィッシュの脳で可視化し， 神経細胞集団の動態を明らかにする。 さらに理化学研究所脳科学総合研究センターの Joshua
Johansen 博士との共同で， 情動制御におけるモノアミンの機能について， ゼブラフィッシュとラットの神経回路機
構を比較検討する。

仁

理化学研究所， 脳科学総合研
究センター
副 セ ン タ ー 長， シ ニ ア チ ー ム
リーダー， 理学博士
1983 年東京大学医学部医学科卒業。 1988 年東京大学大学
院 （理学系） 博士課程修了。 博士 （理学）。 1988 年ミシガン大学ポスドク， 1991 年基礎生物学研究所助手， 1993 年慶應義塾大学医学部生理学教室講師， 助教授， 1997 年理化学研究所脳科学総合研究センターチームリーダー， グルー
プディレクターを経て , 現職。

It has recently been revealed that the basic structure of thebrain including the telencephalon has been conserved at muchhigher degrees than was previously thought. This includes
the basic design of the neural circuits that enable the goaldirected behaviors based on the evaluated saliency of given
environments. Although monoaminergic neurons have been
implicated in these behaviors, our understanding at the neuralcircuit and synapse levels on how the activities of these neurons
are regulated and how they contribute to the establishment of
the proper behavioral programs are still poor. Zebrafish is a very
useful genetic model animal to address these issues. We havealready shown that zebrafish is capable of learning classic fear
conditioning and active avoidance behavior, have succeeded invisualization of the neural activities relevant to such behavioral
learnings, and are establishing various transgenic lines for
manipulation of the neural circuits including monoaminergic
neurons. In this research project, we will make the best use of
these lines for identifying the neural circuits controlling theadaptive fear behaviors, and observe the dynamic behaviors ofthem both at the levels of synapses and the neural ensembles,and elucidate the underlying principles for these behaviors. In
addition, in collaboration with Dr. Joshua Johansen, we willcompare the functions of monoamines in regulation of theneural circuits controlling emotion between zebrafish and rat.

OKAMOTO, Hitoshi, MD, PhD
Deputy Director and Senior Team Leader of
RIKEN Brain Science Institute1983 Graduate from The Univ. of Tokyo, School of Medicine; Ph.D.
degree in molecular genetics from The Univ. of Tokyo. Facultyof Science; 1988-91, Postdoctoral Fellow at Univ. Michigan. Ann
Arbor; 1991-93, Assistant Professor at National Inst. for Basic
Biology; 1993-97, Lecturer, Associate Prof., at Keio Univ. School ofMed.; 1997-present, RIKEN Brain Science Inst.

最近， 脊椎動物に関しては， 終脳を含めた脳の基本構造が， 従来から思われている以上に保存されていることが明らかになり， 価値判断に基づく目的達成行動の制御のための神経回路の基本設計は， 魚を含めた全脊椎動物を通じて保存されているだろうと考えられるようになってきた。 ドーパミン， セロトニンといったモノアミンが， 価値判断を伴う記憶や行動プログラムの成立に重要な役割を果たしていることが明らかになってはきたが， モノアミン神経細胞が価値判断に応じて活動する仕組みや， その活動によって， 価値判断を記憶した行動プログラムが書き込まれる仕組みの神経回路やシナプスレベルでの実態はよく分かっていない。 このような問題を解決するた
めには， ほ乳類の脳と比べて格段に単純で， 遺伝学的操作や， 神経活動の可視化が容易なゼブラフィッシュを使って研究することが， 極めて有効である。 我々は， ゼ
ブラフィッシュで， 古典的恐怖条件学習や能動的回避
学習を行えることを示し， これらの行動に関わる神経細胞の活動の可視化に成功している。 さらに， 関与する
終脳やモノアミン系の神経細胞の操作のためのトランス
ジェニック系統を作成しつつある。 本研究では， これらの系統を駆使し， 恐怖行動に関わる神経回路網の全貌の結合図を描き， 関わる神経細胞を， 細胞集団のレベ

図 ： 適応的恐怖行動に関与する神経回路

Fig. The neural circuits regulating adaptive fear behaviors.
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The University of Tokyo「ショウジョウバエ成虫脳のモノアミン系解析」
Systematic analysis of monoaminergic neural network in the adult Drosophila brain

伊 藤啓The basic architecture of the neural network in thebrain had been established about 600 million years
ago before the Cambrian Explosion. Brains of mostanimals share a common scheme in which the activities
of excitatory and inhibitory neurons are coordinatedly
regulated by a few type of monoaminergic neuralnetwork. Given this circumstances, efforts to explore
the similarity and differences in the brain of different
types of animals is indispensable to understandthe characteristics of our own brain. The fruit fly
Drosophila, which is one of the most recent species
evolved in the clade of arthropods, exhibits highly
similar repertoire of behaviors with that of mammals
through elaborate control of their wings and legs inspite of its simpler neural network with much fewer
neurons in the brain. Three types of monoaminergic
neural network control this brain function; they are
as few as several hundreds in total and can therefore
be identified at single cell level. Using elaborated
molecular genetic and mechatronic techniques, weanalyze the behavior of Drosophila with unprecedented
precision and perform the projectome analysis tounderstand where and how the monoaminergic neurons
gather information to define their activity and regulate
the functions of other neurons.

東京大学分子細胞生物学研究所
脳神経回路研究分野
准教授， 理学博士

1986 年東京大学理学部物理学科卒業。 1991 年東京大学大学院理学系研究科博士課程修了。 (PhD， 生物物理 )。 1991
年ドイツ マインツ大学研究員。 1994 年科学技術振興事業団（ERATO） 研究員。 1998 年基礎生物学研究所助手を経て，2002 年より現職。

ITO, Kei, PhD
Associate Professor, Laboratory of Neural
Circuits, Institute of Molecular and Cellular
Biosciences, The University of Tokyo
1986 Graduated from University of Tokyo, Faculty of Science. Ph.D.
degree in biophysics from the University of Tokyo in 1991, served
as researchers in University of Mainz and ERATO, as AssistantProfessor at the National Institute for Basic Biology in 1998, andwas transferred to the current position in 2002.

脳を構成する神経系は 6 億年前のカンブリア紀の大爆発以前にその基本形が完成されており， 興奮性 ･ 抑制性の神経群の作用を数種類のモノアミン神経群が協調制御する構図も，全動物種で共通である。この状況下で我々
高等哺乳類の脳の精神 ･ 神経作用の特質を理解するには， 我々と違うタイプの生物の脳との体系的な比較によって共通点 ･ 相違点を正しく知る努力が欠かせない。 昆虫の中でも最後に進化した種の一つであるショウジョウバエ
は， 脳細胞の数は哺乳類よりはるかに少ないにもかかわらず， 翅や脚の運動を複雑に制御しながら， 摂食・求愛・闘争等の情動行動を含む哺乳類に類似した多様な行動
レパートリーを実現している。 3 種類のモノアミン系神経群がこれら脳機能の制御の中核に位置しているが， こ
れらの神経は総数でも数百個で， 個別の同定が可能なレベルにある。 我々は， 本研究で， 高度に発達した分子遺伝学的手法とメカトロニクス的解析法を組み合わせ，
従来にない精度でショウジョウバエの行動を解析すること
により， モノアミン神経群が神経作用の制御に果たす役
割を理解する。 さらに，多様なモノアミン神経群のプロジェ
クトーム解析を行い， これら神経が脳のどこで， どのような入力を受け， どのように他の神経を制御するのかについて， 神経ネットワーク構造を明らかにして理解する。

図 ： ショウジョウバエ脳のドーパミン神経群の細胞体，神経線維， 出力シナプスの分布

Fig. Distribution of cell bodies, fibers and output
synapses of dopaminergic neurons in the Drosophilabrain.
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The University of Tokyo「情動回路の機能修飾を担う分子細胞基盤の解明」
Research on Molecular and Cellular Bases for Functional Modulations of the Decision Making
Circuits

榎 本

和 生

The behavior of animals including human beings is
flexible and can be changed dramatically in responseto the environment, nutritional state, or even age,among other factors. However, the neural basis of how
external and internal cues modify the innate behaviors
is not clearly understood. Appropriate preferences forlight or dark conditions can be critical for an animal’ssurvival. Innate light preferences are not static in someanimals, including the fruit fly Drosophila, which
prefers darkness in the feeding larval stage but prefers
light in adulthood. This suggests that the neuronal
circuits that determine the light preference havebeen modified during metamorphosis. To elucidate
the neuronal mechanisms underlying the preferencechange, we examine neurons involved in larval
phototactic behaviors by regulating neuronal functions.
To do that, we have established a quantitative assay
system for larval phototaxis and conducted a coupleof genetic screens. Through these studies, we would
like to understand how the brain makes decision andalso change the decision against the same sensory
information.

東京大学大学院理学系研究科
生物科学専攻脳機能学分野
教授， 薬学博士

1997 年東京大学大学院薬学系研究科博士課程修了。 薬学博士。 東京都臨床医学総合研究所研究員， 米国カリフォル
ニア大学客員研究員， 国立遺伝学研究所独立准教授， 大阪バイオサイエンス研究所研究部長を経て， 2013 年 4 月より現職。

EMOTO, Kazuo, PhD
Department of Biological Sciences,
Graduate School of Science, The University of Tokyo
1997 Ph.D. degree (pharmacy) at the University of Tokyo, 1997
Research Scientist at Tokyo Metropolitan Institute of Medical
Science, 2002 Visiting Scientist at University of California San
Francisco, 2006 Associate Professor at National Institute of Genetics,
2010 Group Director at Osaka Bioscience Institute, 2013 Professor
at Graduate School of Science, The University of Tokyo.

ヒトを含む多くの動物種では， 異なる発生ステージや栄養状態などにおいて， しばしば同じ外部情報に対して異なるレスポンスを示すことが知られている。 このような情動行動の変化を担う神経構造基盤としては， 情動回路の局所的リモデリングや， モノアミン神経群による機能修飾の関与などが想定されているが， その実体はほとんど明らかにされていない。 本研究では， ショウジョ
ウバエ脳神経回路を解析モデルとして， 情動回路の機能改編を担う分子細胞基盤を明らかにすることを目指す。 ショウジョウバエは， 幼虫から蛹を経て成虫へと形態変化を遂げる変態過程において， 光や嗅覚物質などの外部情報に対する情動行動が大きく変化する。 プロ
ジェクトの一つ目は，分子遺伝学的手法を駆使して，ショ
ウジョウバエの情動行動制御に関わる神経細胞群を，
特にモノアミン神経に着目して特定する。 二つ目は，ショ
ウジョウバエの変態において情動回路の改編を担うメカ
ニズムについて， シナプス / 局所神経回路リモデリングに着目して研究を行う。 これらの研究を通して， 情動回路の制御メカニズムに関する新たな情報基盤を構築する。

図 ： ショウジョウバエ変態に伴う情動行動の変化

Fig. Innate behavioral
metamorphosis.

14changesin

Drosophila

Nagoya University「線虫温度走性の温度記憶，意思決定，モノアミン制御機構」
Temperature memory, decision making and monoamine regulations in the nematode C. elegans
thermotaxis

森

郁 恵

Human behavior is often motivated by emotional
responses in basal ganglia of the brain. Recent studies
illuminated that monoamines act as neurotransmittors
or neuromodulators, thereby controlling emotion. A
variety of behaviors in the nematode C. elegans aresubstantially affected by monoamines, thus implicating
the importance of monoamines in the nervous systemthroughout evolution. Particularly, thermotaxis
behavior of C. elegans is a suitable model in which to
study the roles of monoamines in the neuronal circuits.
After cultivation at a certain temperature with food,the animals migrate to the cultivation temperature ona temperature gradient, whereas they do not migrate
to that temperature after cultivation without food. We
have shown that temperature is sensed and memorized
in sensory neuron and that the memorized temperature
information is transmitted to the downstream
interneurons, where temperature memory is associatedwith the past feeding state. Our research aim is threefold. First, in collaboration with the proteomics
group, we will identify target molecules that could
be phosphorylated by protein kinases (PKC, ERK,
CMKI/IV) essential for temperature sensing and/or
memory. Second, we will find components important
for temperature memory-dependent decision making.
Third, by collaborating with computation group,
theoretical modeling for the thermotaxis circuit will be
constructed.

名古屋大学大学院理学研究科
生命理学専攻 生体構築論講座
分子神経生物学グループ
教授， 博士1980 年お茶の水女子大学理学部卒業。 1988 年 Washington
University 生物医学系大学院博士課程修了。(PhD，遺伝学 )。
1989 年九州大学理学部助手， 1998 年名古屋大学大学院理学研究科助教授を経て， 2004 年より現職。

MORI, Ikue, PhD
Professor, Laboratory of Molecular Neurobiology,
Division of Biological Science, Graduate School of
Science, Nagoya University
1980 Graduated from Ochanomizu University, Faculty of Science.
1988 Completed the doctoral course in Biology and Biomedical
Science in Washington University. 1989 Assistant Professor in
Kyushu University. 1998 Associate Professor in Nagoya University.
2004 Professor in Nagoya University.

快 ・ 不快などの情動は，モノアミン類によって制御されていることが知られている。線虫も，モノアミン類によって，行動が大きく影響を受けることが明らかにされており，脳神経系におけるモノアミン類の役割は，線虫からヒトまで広く保存されていることが分かる。線虫は，飼育温度を記憶し，飼育時に餌（報酬）が与えられていたか，与えられていなかったかという餌状態と温度を関連付けて学習する。この行動は温度走性と呼ばれ，記憶や学習を，行動可塑性や神経活動変化として，直接的に観察できる優れたシステムである。本研究では，単一神経細胞レベルで神経回路を解析できる線虫をモデル生物とし，線虫の温度走性における記憶，意思決定，モノア
ミンによる制御機構を，細胞内シグナル伝達経路，シナプス，回路レベルで明らかにする。（1） プロテオミクスグ
ループと共同で，温度感知 ・ 記憶神経細胞で重要な機能を担う PKC, ERK,CMKI/IV などについてリン酸化プ
ロテオミクス解析を行い，下流シグナルを解析し，記憶形成 ・ 維持機構の解明を目指す。（2） 温度記憶に依存した意思決定に関与する重要分子の機能を明らかにする。（3） コンピュテーショングループと共同で，単一神経細胞レベルで得られる実験データをモデル化法と組み合わせ，細胞内シグナルと少数細胞からなる回路が駆動する温度走性の理論構築を目指す。

図 ： 温度感知 ・ 記憶神経細胞の重要分子のプロテオ
ミクス解析

Fig. Proteomics analysis of molecules essential for
memory.

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Nagoya University「プロテオミクスによる情動制御分子の探索」
Proteomic analysis of molecules involved in emotion control

貝 淵

ループとして情動反応に関わる神経情報基盤を構築することを目指す。

弘 三

名古屋大学大学院医学系研究科
附属神経疾患 ・ 腫瘍分子医学
研究センター 発生 ・ 再生医学部門 神経情報薬理学
教授， 医学博士

Emotions such as pleasure, displeasure and fear
are controlled by monoaminergic neurons. The monoamine-mediated reward process is broadly conserved
from nematodes to humans. Although the roles ofsome intracellular signals of monoamines or glutamic
acid are becoming clear, many questions about the
intracellular signals that are relevant to emotions
remain largely unknown. In field G of the SRPBS,
we aim to uncover bioinformatics for brain sciencesthat will allow us to understand the mechanisms that
control emotions, thereby clarifying the machineries
that regulate the operating principles of neural circuits
and their re-structuring. Three research groups,
investigating “Functional Analysis of Neural Circuits”,“Proteomics” and “Computation”, work together tocarry out this data-driven research. Nagoya University,
as the proteomics group, comprehensively analyzes
phosphorylation reactions in specific brain regions, suchas the nucleus accumbens and amygdala, upon pleasantsensations or fear and specifies the signaling pathways
involved in emotion control. This group explores theroles of various signaling pathways in neural functions,neural circuitry operation and circuitry restructuring
using genetically engineered mice or gene transfection
technologies, in collaboration with the other groups.
Moreover, this group performs phosphoproteomic
and interactome analyses centered on functional
molecules in the model organisms. The proteomics
group synthesizes the above information to increase
our cumulative knowledge about the molecular basisof emotional reactions.

1980 年神戸大学医学部医学科卒業。 1984 年神戸大学大学
院医学研究科修了。 1984 年神戸大学医学部助手， 1985 年
米国 DNAX 分子生物学研究所研究員， 1989 年神戸大学医学部講師， 1990 年同助教授， 1994 年奈良先端科学技術大学院大学教授を経て， 2000 年 4 月より現職。

KAIBUCHI, Kozo, MD, PhD
Professor, Department of Cell Pharmacology,
Nagoya University Graduate School of Medicine
1980 Graduated from Kobe University School of Medicine. Ph.D.
degree in biochemistry from Kobe University Graduate School of
Medicine in 1984. 1984 Research Assistant in Kobe University
School of Medicine. 1985 Postdoctoral fellow in DNAX ResearchInstitute. 1989 Lecturer and 1990 Associate Professor in Kobe
University School of Medicine. 1994 Professor in NAIST, andtransferred to the current position in 2000.

快 ・ 不快，恐怖などの情動はモノアミン系神経により制御されていることが知られており，モノアミン系神経による報酬系は線虫からヒトまで幅広く保存されている。モノアミンやグルタミン酸の細胞内シグナルの一部が明らかになりつつあるが，情動に関連する細胞内シグナルについては不明な点が多く残っている。課題 G では，情動の制御機構を理解するための情報基盤を構築することを目的とし，関連する神経回路の動作原理や再編を制御するメカニズムの一端を明らかにすることを目標としている。そのため，神経回路機能解析，プロテオミク
ス，コンピュテーションの三つのグループが連携し，データ駆動型の研究を遂行している。名古屋大学を中心としたプロテオミクスグループは，快感や恐怖を生じる際の側坐核や扁桃体で起こるリン酸化反応を網羅的に解析し，情動制御機能に関わるシグナル伝達経路を特定する。他のグループとも共同して，これらのシグナル伝達経路の神経細胞機能や神経回路動作，回路再編における役割を遺伝子改変マウスや遺伝子導入技術を用いて明らかにする。また，他のグループが解析している
モデル生物について，機能分子を中心としたリン酸化プ
ロテオミクスやインタラクトーム解析を共同で行い，結果をフィードバックしている。以上の情報を統合し，中核グ

図 ： 脳情動関連領域のリン酸化プロテオミクス

Fig. Phosphoproteomics of the brain region relating toemotion.
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Kyoto University「情動系神経情報基盤構築のための計算論的手法および実験動物の開発」
Developments of computational methods and model animals to establish bioinformatics forbrain sciences for elucidating the mechanism in emotional systems

石 井信

Emotional systems are crucial for animals’ survival,
and their plastic phenomena are essential for animals toadapt to changing environments. So far, understanding
computational mechanisms in basal ganglia (BG)
circuits has been accelerated under the hypothesis thatthe BG system is involved in instrumental conditioning
and reinforcement learning. Recent studies havesuggested that in the amygdala circuit, the basal-lateraland central nuclei could functionally correspond tothe cerebral cortex and basal ganglia, respectively.
Based on these backgrounds, we aim to constructa hierarchical model from molecules to circuits of
the amygdala, which is a responsible region for fear
conditioning and its extinction; such a hierarchicalmodel would clarify the computational roles of theconstituents there and become the important step tofully elucidate the mechanism of the animal’s wholeemotional system. For this purpose, we also performbioinformatics studies to seamlessly incorporate
neuroscience data into the hierarchical model; they arecircuit identification method from electrophysiological
data, high-resolution imaging methods which canobserve local changes of spiny neurons in nucleus
accumbens and central amygdala, and a biochemical
simulation platform collaborating with the proteomic
database.

京都大学大学院情報学研究科
システム科学専攻 論理生命学
分野
教授， 博士 （工学）1986 年東京大学工学部卒業。 1988 年東京大学大学院工学系研究科修士課程修了。 博士 （工学）。 ( 株 ) リコー中央研
究所， ATR 人間情報通信研究所， 奈良先端科学技術大学
院大学助教授， 同教授を経て， 2007 年より現職。

ISHII, Shin, PhD
Professor, Department of Systems Science,
Graduate School of Informatics,
Kyoto University
1986 Graduated from University of Tokyo. 1988 Ph.D. degree inmathematical engineering, from University of Tokyo. 1988 R & D
Center, Ricoh Co., Ltd, 1994 ATR Human Information Processing
Research Laboratories, 1997 Associate professor in Nara Institute of
Science and Technology, 2001 Professor, and was transferred to thecurrent position in 2007.

情動系は動物の生存にとって最重要システムであり，そこでの可塑的変化は動物の環境適応に必須である。これまで，大脳基底核を中心とする報酬系が条件付
け学習あるいは強化学習を行っているとの仮説に基づき，基底核回路及び基底核中型有棘細胞内分子ネット
ワークの理解が進んだ。また近年の発生学的研究により，扁桃体の基底部 ・ 外側部は大脳皮質と，中心核は基底核と相同な組織であることが示唆されている。そこで，
恐怖条件付けの責任部位である扁桃体回路での学習機構に関して，分子から回路に至る多階層モデルの構築を進めつつ，扁桃体回路と細胞内分子ネットワークの役割を明らかにするための計算論的研究を実施する。
また，それを支えるバイオインフォマティクスツールの開発，特に，細胞活性に基づき回路同定を行う統計的手法，側坐核や扁桃体における細胞局所領域の変化が追える高精細画像処理法，リン酸化プロテオミクスデー
タベースと連動する分子シミュレーションプラットフォー
ムの構築を進める。実験系研究からのデータを統合し再現することで，情動系回路の作動原理の情報学的解明を目指す。

図 ： コンピュテーショングループの研究概要

Fig. The research scheme of the computation group.

17

「情動系神経基盤に関するインフォマティクス研究」

Okinawa Institute of Science andTechnology Graduate University

An informatic approach to understanding the neural mechanism of emotion regulation

吉 本

潤 一 郎

Emotion is strongly associated with basic behaviors
such as feeding and avoidance from danger, andplays a critical role in the survival of aminals. Recent
findings support the hypothesis that the reward
system implements a computational model called
reinforcement learning, involved in the plasticityof the cortico-basal ganglia circuit via monoamine
neuromodulators. However, little is understood about
how the neuromodulators really change the statesof molecules, cells and cuicuits in the besal ganglia,
and how they are integrated to regulate the behaviorof animals. The Okinawa Institute of Science andTechnology is developping 1) a database system thatcan effectively manage diverse emotion-regrated
neuronal data obtained as outcomes under Theme G;
and 2) a computational model of the basal gangulia
circuit. In the latter study, we focus on a kinetic modelof intracellular signal cascades and the neuronalplasticity depending on cell types. Then, we develop
a neural network model consisting of the avobementioned models and conduct a simulation study to
reproduce the reward-dependent decision making ofanimals. Through this research, we aim to understandthe neural mechanism of reward-regulated behavioral
learning as an information processing system.

沖縄科学技術大学院大学
神経計算ユニット
グループリーダー，博士 （工学）1998 年関西大学総合情報学部卒業。 2002 年奈良先端科学
技術大学院大学情報科学研究科博士課程修了。 博士 （工学）。 科学技術振興事業， 沖縄科学技術研究基盤整備機構
各研究員を経て， 2010 年より現職。 2006 年より奈良先端科
学技術大学院大学情報科学研究科客員准教授兼務。

YOSHIMOTO, Junichiro, PhD
Group Leader, Neural Computation Unit,
Okinawa Institute of Science and Technology
Graduate University (OIST)
Graduated from Faculty of Informatics, Kansai University in 1998.
Received Ph.D. of Engineering from Graduate School of Information
Science, NAIST in 2002. After working as a researcher in JST and
OIST, a group leader of Neural Computation Unit, OIST since 2010,and visiting associate professor of NAIST since 2006.

情動は採食や危険回避などの基本行動と直結しており，動物の生存に大変重要な役割を担っている。近年，快楽の感情を与える報酬系は，強化学習と呼ばれる計算モデルを実装しており，それにはモノアミン系神経修飾物質を介した皮質 - 大脳基底核回路の可塑性が関与しているという仮説が広く支持されるようになってきた。一方で，分子，細胞，回路の各階層で生じる可塑性が，どのように統合され，行動の変化をもたらしているかに関しては不明な点が多い。沖縄科学技術大学院
大学では， （1）課題 G の参画機関で取得された情動に関わる実験データを有機的に統合し，活用するためのデータベースシステムの設計・実装・運用に関わる研究
開発と，（2）それらの実験データに基づいた大脳基底核の計算モデルを構築する研究を実施している。特に，後者については，モノアミン系神経修飾物質によって作動する細胞内シグナル伝達モデル （図） や細胞種依存のニューロン動態モデルの構築に注力する。そして，これらの細胞モデルを要素に持つ神経回路モデルを構築
し，行動選択のシミュレーションを実施する。このシミュ
レーションを通して，報酬信号によって修飾される動物
行動学習の神経機構をシステムとして理解することを目指す。

図 ： D1 型線条体中型有棘細胞のシグナル伝達モデ
ルの概要図

Fig. A rough sketch of the signal transduction modelin D1-type striatal medium spiny neurons. (Nakano,
PLoS Comp. Biolo., 2010)18

RIKEN「情動系神経基盤データベースの構築」
Construction of a neuroinformatics database for neural basis of emotional system

臼 井

ロインフォマティクス統合機構 （INCF） やバイオサイエン
スデータベースセンター （NBDC） などと連携を図ること
で広く世界に公開，発信していく。

支 朗

理化学研究所 脳科学総合研究センター 神経情報基盤センター
客員主幹研究員， 博士

To construct a neuroinformatics database to support
data-driven research for efficiently deriving meaningfulknowledge by accumulating and integrating multilayer/multi-species experimental data of emotional
system obtained from the experiment groups of themission G. We will organize the characteristics ofthe experimental data such as proteomics, cell shape,
behavior and imaging data provided from researchgroup for proteomics and functional analysis of neuralcircuits. In cooperation with each group, we will define
the requirements specifications for data structure andinterface. Database will be constructed by adding
interfaces implementing the required functions on theneuroinformatics base platform XooNIps that we havedeveloped. We will test as a shared database among thegroups, and perform evaluation and improvements inorder to increase the completion degree of the database.
In addition, to minimize the load on data registration andimprove the quantity and quality of the database, we willdevelop a data registration interface in accordance withactual processing of the experimental data. Furthermore,
we will provide the application program interface thatenables cross-modal search and data acquisition ofmulti-layer/multi-species experimental data directly on
our database and relevant external database in order tofacilitate the data-driven research. Database is expected
to open to public in cooperation with NBDC (National
Bioscience Database Center) and INCF (International
Neuroinformatics Coordinating Facility).

1974年カリフォルニア大学大学院博士課程修了。PhD。1974
年名古屋大学工学部助手，1979年豊橋技術科学大学講師，
1986年同教授， 2002 年理研・BSI Neuroinformatics技術開発
チーム チームリーダー，2005年理研神経情報基盤センター
副センター長，2007年同センター長。2012年豊橋技術科学大学 特任教授。

USUI, Shiro, PhD
Senior Visiting Scientists, Neuroinformatics
Japan Center,RIKEN Brain Science Institute1974 Graduated from University of California, Berkeley and RAat
Nagoya University. 1979 Lecturer at Toyohashi University ofTechnology and 1986 Professor. 2002 Head of Neuroinformatics
Laboratory at RIKEN Brain Science Institute and 2007 Director of
Neuroinformatics Japan Center. 2012 Project Professor, Toyohashi
University of Technology.

情動の制御機構を解明するため，実験グループから得られる情動系に関わる多種多階層の実験データを蓄積 ・ 統合し，データ駆動型の研究を支援するための基盤データベースを構築する。プロテオミクスグループ，
神経回路機能解析グループから提供されるプロテオミ
クス，細胞形状，行動やイメージングデータなどの実験
データを整理し，必要なデータ構造やインターフェースの要求仕様を各グループと連携し策定する。データ
ベースは，ニューロインフォマティクスデータベース基盤
システム “XooNIp” をベースに要求仕様に従って必要な機能を実現するインターフェースを実装する。開発したデータベースは課題内において試験運用しながら評
価 ・ 改善し，完成度を高める。また，各グループの実験
データ処理に則したデータ登録インターフェースを開発し，データ登録にかかる負荷を最小限にすることで，データベースの量及び質を高める。さらに，モデルシミュ
レータ及び各種インフォマティクスツールから直接本
データベースや連携する外部データベースに対して多種類多階層にわたるクロスモーダル検索 ・ データ取得が可能なインターフェースを実装することでデータ駆動
型モデル研究を支援する。データベースは，国際ニュー

図 ： XooNIps 公式サイト

Fig. XooNIps Official Site, http://xoonips.sourceforge.jp
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脳科学研究戦略推進プログラム
課題 G 研究者要覧■発行元
文部科学省研究振興局ライフサイエンス課 脳科学係
〒 100-8959 東京都千代田区霞が関三丁目 2 番 2 号
tel:03-5253-4111（代表）
fax:03-6734-4109
website「ライフサイエンスの広場」
http://www.lifescience.mext.go.jp/
脳科学研究戦略推進プログラム事務局〒 444-8585 愛知県岡崎市明大寺町字西郷中 38 生理学研究所内
tel:0564-55-7803,7804 / fax:0564-55-7805
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Ministry of Education, Culture, Sports, Science and Technology
3-2-2 Kasumigaseki, Chiyoda-ku, Tokyo 100-8959, Japan
TEL: +81-3-5253-4111 (Reception)
FAX: +81-3-6734-4109
http://www.lifescience.mext.go.jp/
MEXT Strategic Research Program for Brain Sciences (SRPBS)
38 Nishigonaka Myodaiji, Okazaki, Aichi, 444-8585, Japan
TEL: +81-564-55-7803 / 7804
FAX: +81-564-55-7805
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