文部科学省科学研究費補助金 令和3年度〜令和7年度学術変革領域研究（Ａ）

神経回路センサスに基づく適応機能の構築と遷移バイオメカニズム

適応回路センサス

NEWSLETTER

Vol.

02

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適応機能の回路構築センサス

A01

光学・機械学習と網羅的分子情報解析の融合による恐怖記憶特異的ハブ因子の同定

研究代表者

生理学研究所生体恒常性発達研究部門

揚妻 正和 特任准教授
情動異常を伴う精神疾患に対し、これまでの研究で関連する脳領を支える脳基盤に焦点を当て、独自に開発してきた光学・機械学習

域や遺伝子が示されたものの、多くの疾患で決定的治療法の確立にの融合による「神経細胞集団としての情報処理動態」の解析技術（図至っていない。それは、1）脳神経細胞が集団で行う高次元演算が正参照）を基軸に、網羅的分子プロファイル解析を通した責任因子の常な脳機能実現に重要、2）その演算を実行する脳回路は過疎的で、同定、多領野連関解析、光遺伝学による因果性の証明を融合したマ個体内外の様々な因子により更新され続ける、3）脳情報処理には遺ルチスケール探索を実現することで、恐怖情動記憶の背景にあるハ伝子多型や分子の発現様式の違いも影響する、など情動制御の背景

ブ因子の同定を推進する。

にある多様で複雑な要因が互いに影響していることが一因である。

また、領域内での連携を通じて、揚妻らの技術と領域内における

つまり、これらが連動して作用する情動システムを理解する上で、従各専門家らの技術の融合を進め、上記マルチスケール脳動態データ

来型のそれぞれ個別に捉える研究では不十分であると考えられる。

の統合的解釈を可能にするような新たな研究パイプラインの構築とそこで本課題では、揚妻らがこれまで研究を進めてきた恐怖記憶

提案を目指す。

CS+ signalingUSsignalingCS+ signalingCR「in vivo2光子脳神経活動イメージング ＋ 条件付け課題」と「スパースモデリング ＋ グラフィカルモデル」を組み合わせ
恐怖連合記憶の形成過程に関わる脳回路動態と情報処理を視覚化
主要な関連論文
Agetsuma M* et al. (2021) Activity-dependent organization of prefrontal hub-networks for associative learning and signal transformation. bioRxiv. (*: Corresponding
author)Horiuchi H.†, Agetsuma M.† et al. (2021) A novel CMOS-based bio-image sensor to spatially resolve neural activity dependent proton dynamics in the awake brain. Nat
Commun, (2020) 11, Article number 712 (†: equal contribution)
Agetsuma M.* et al. (2018) Parvalbumin-Positive Interneurons Regulate Neuronal Ensembles in Visual Cortex. Cerebral Cortex 28, 1831-1845 (*: Corresponding author)
Agetsuma M et al. (2010) The habenula is crucial for experience-dependent modification of fear responses in zebrafish. Nature Neuroscience 13, 1354–1356

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適応機能の回路構築センサス

A01

モデルマウスによる自閉症の神経回路形成メカニズムの解明と
治療応用

研究代表者

適応機能の回路構築センサス

A01

動物の温度適応における回路選択･機能構築センサス

研究代表者

甲南大学 理工学部
統合ニューロバイオロジー研究所

金沢大学医薬保健研究域医学系
組織細胞学

久原 篤 教授

川村 敦生 助教

神経発生は時空間的に精密に制御されていますが、その破綻は不力な自閉症原因候補遺伝子として同定されました。私たちのグルー

温度は地球上において必ず存在する環境情報であり､ 常に変動

馴化に関わる温度受容ニューロンの下流の神経回路を同定する。

完全な神経回路形成を引き起こし、自閉スペクトラム症などの発達

プは、自閉症患者で報告された CHD8変異を模倣した全身 CHD8へする温度環境下において､ 生物は暴露された温度環境に一定の時そのための手法として、神経活動イメージング技術と､ 光駆動性障害の発症に寄与することが示唆されています。自閉症は、コミュ

テロ欠損マウスを作製し行動解析を行ったところ、自閉症を特徴付

間をかけて適応する馴化の機構を持っている｡ 動物の個体の温度チャネルを用いる。同時に、遺伝学解析から神経系が原因で温度

ニケーション能力の質的障害および常同・反復的な興味・行動で特ける行動異常が再現されることを確認しました。さらに、このマウス応答に関わる温度受容体として､ 皮膚や神経系で発現するサーモ馴化異常をもつ変異体を単離し、次世代 DNA シーケンサーを用徴付けられる非常に発症頻度の高い発達障害です。自閉症を含む発において神経発生や神経回路に異常が生じていることを明らかにしTRP チャネルが知られており､ 末梢神経系から中枢までの温度感

いて原因遺伝子を同定する。変異体の様々なニューロン群に野生

達障害の患者の多くは社会生活に支障をきたしており、社会的に大ました。そこで本研究では、自閉症モデルマウスを用いて脳発達過知の神経回路が同定されてきている｡ 一方で、生体が環境温度に型遺伝子を発現させ､ 温度馴化異常が回復した系統と、回復しなきな問題となっているため、病態の解明と科学的根拠に基づいた治程におけるどのような異常が後の神経回路構築に影響を与えている

徐々に慣れていく温度馴化に関わる神経変遷機構には未知の点かった系統に分けてトランスクリプトーム解析を行い､ 温度馴化療法の確立が急務となっています。自閉症の病態を理解するためにかを明らかにすると共に、その神経回路の変化と自閉症様行動とのが残されている。本研究では､ 温度応答に関わる多様なニューロに関わる新規の神経細胞候補を絞り込む。その細胞に関して神経は神経発生異常とその後の神経回路形成の関連性を明らかにするこ

関連性を検証することによって、自閉症の病態解明と治療応用を目ンが､ どのように下流の神経回路を機能選択し、体の低温への馴

活動イメージング技術と､ 光駆動性チャネルを使い､ 温度馴化にとが重要だと考えられます。近年、自閉症患者における大規模な原指します。

化を引き起こすのかを解析する。

伴い機能選択される新規の神経回路を同定する｡ 本研究は､ 動物

因遺伝子探索によってクロマチンリモデリング因子 CHD8が最も有

本研究では、シンプルな神経系を持つ線虫C.elegansを使い､の温度馴化に関わる新規の神経回路を同定するための新しいストオリジナルの温度馴化の解析系を用いて、温度馴化の過程で機能ラテジーを示すことになると考えられる。

選択される神経回路と､ その作動原理を解き明かす｡ まず､ 温度
cGMP-gatedchannel

温度
Gα?

ASJ 温度受容ニューロン

OCR-2, OSM-9,
?
OCR-1

TAX-4

cGMP

guanylyl
cyclaseTRP channel

Ca2+(Ohta, et al., Nature commun., 2014)

insulin

DEG-1

ADL

Ca2+

5’GMP

DEG/ENaC
mechanochannel

温度受容
ニューロン
(Ujisawa, et al., PNAS, 2018)(Okahata, et al., Science advances, 2019)

Na+

ASG 温度受容ニューロン(Takagaki, et al., EMBO reports, 2020)

Thermosensory neurons
ASJ
温度

ADL
？
？

？

ASG
？

シンプルな神経系を持つ線虫C. elegansが示す温度馴化を制御する神経回路の同定とその機能選択の仕組みを解き明
かす
解析手法① 個体の温度順化の表現型解析② 1細胞/全身トランスクリプトーム解析③ 神経回路のCa2+イメージング④ 1神経細胞活動操作

温度馴化

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主要な関連論文

主要な関連論文

Kawamura A et al. (2021) The autism-associated protein CHD8 is required for cerebellar development and motor function. Cell Rep., 35:108932.
Kawamura A et al. (2020) Chd8 mutation in oligodendrocytes alters microstructure and functional connectivity in the mouse brain. Mol. Brain, 13:160.
Kawamura A et al. (2020) Oligodendrocyte dysfunction due to Chd8 mutation gives rise to behavioral deficits in mice. Hum. Mol. Genet., 29:1274-1291.
Katayama A et al. (2016) CHD8 haploinsufficiency results in autistic-like phenotypes in mice. Nature, 537: 675-679

Takagaki N et al. (2020) The mechanoreceptor DEG-1 regulates cold tolerance in Caenorhabditis elegans. EMBO rep 21: e48671.
Okahata M et al. (2019) Cold acclimation via the KQT-2 potassium channel is modulated by oxygen in Caenorhabditis elegans. Science Advances 5:
eaav3631.
Ujisawa T et al. (2018) Endoribonuclease ENDU-2 regulates multiple traits including cold tolerance via cell autonomous and nonautonomous controls in C.
elegans. PNAS 115: 8823-8828.
Ohta A et al. (2014) Light and pheromone-sensing neurons regulate cold habituation through insulin signaling in C. elegans. Nature commun 5: 4412, 1-12

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適応機能の回路構築センサス

A01

3次元モダリティー解析法による配偶戦略の性差を生み出す分子神経基盤の解明

A01

分化状態の細胞間格差プロファイリングによる適応回路構築機構の解読

研究代表者

研究代表者

国立遺伝学研究所

東北大学大学院
生命科学研究科

神経回路構築研究室

竹内 秀明 教授

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適応機能の回路構築センサス

中川 直樹 助教

性を持つ動物は自分自身の子孫を残すために異性をパート

行動解析を行った結果、ot または otra のどちらかの遺伝子を欠哺乳類の大脳皮質では、胎児期に形成された大まかな神経接ゲ触覚処理を担うバレル回路をモデルとして、大脳皮質バレル野

ナーとして選択するが、その配偶戦略は性によって異なってい損すると、メスは異性の好みを失うことがわかった。一方でオス

続が生後発達期に再編され、高次脳機能に適応した機能的回路

L4神経細胞から複数の分化パラメータ（発火のヒゲ特異性、樹状る。例えば、多くの動物において、メスは慎重にパートナーを選は同じ水槽で育った「親密なメス」に対する異常な好みを持つこ択する傾向があるが、オスはできるだけ多くのメスと子孫を残とを見出した。よってメダカにおいてオキシトシンはメスとオが構築されます。発達期の神経回路再編には、遺伝子発現変化を突起形態の成熟度など）を抽出した後、レーザーキャプチャーマ

そうとする傾向がある。これまでに研究代表者らはメダカを用スで逆の効果を持つことを発見した (PNAS 2020)。よってオキシ伴う神経細胞の形態・機能分化が重要な役割を担っており、分イクロダイセクション（LCM）を用いて細胞のアイデンティティ

いた行動実験から、オキシトシンシステムが配偶戦略の性差発

トシンの性差発現機序を解明することによって、動物の配偶戦子機構の理解には RNA-seq 等による発現変動遺伝子の網羅的探を維持したまま当該細胞の RNA を取得しトランスクリプトーム

現に必須なシステムであることを世界に先駆けて発見した。メ

略の性差を生み出す神経基盤の理解につながることが期待でき索が有効だと考えられます。しかしその一方で、発達初期の脳で解析を行います。各細胞について分化状態と遺伝子発現とを照ダカはオスとメスで配偶戦略が異なっており、メスには異性のる。本研究ではメダカ脳において ３次元モダリティー（細胞分は、個々の神経細胞間で分化状態の格差が大きいために、ヘテロ合する “ 個別調査 ” を行い、バレル回路再編に関与する遺伝子を好みがあり、「見知ったパートナー」を積極的にパートナーと布オミクス・神経回路オミクス・神経活動オミクス）情報を可な神経細胞集団を全て「同一齢の細胞」として扱う解析方法では高精度で絞り込みます。さらに、生体内遺伝子操作と形態解析・して選択する傾向があるが、オスは特に異性の好みを持たない視化する遺伝子改変メダカと一細胞賦活化ニューロンの遺伝子スクリーニング精度の低下が避けられず、回路再編の制御遺伝

カルシウムイメージングを組み合わせて、神経細胞の形態・機（Science 2014）。これまでにオキシトシン（OT）とオキシトシン

発現プロファイル作成手法を開発することで、オキシトシンの受容体（OTRa, OTRb）をコードする遺伝子の変異体を作成して性差発現機序の解明を目指す。

子を同定することが難しくなります。本研究ではこの課題を解決

能分化における候補遺伝子の寄与を明らかにします。この「分化するために、「分化状態の不均一性」という発達初期脳の特徴を状態の細胞間格差プロファイリング」によって、発達期大脳皮質

逆手にとったアプローチを導入します。具体的には、マウスのヒにおいて適応回路構築を制御する分子機構の解明を目指します。

主要な関連論文

主要な関連論文(1) Yokoi et al. (2020) Sexually dimorphic role of oxytocin in medaka mate choice. Proc Natl Acad Sci USA: 117, 4802-4808.
(2) Okuyama et al. (2014) A neural mechanism underlying mating preferences for familiar individuals in medaka fish. Science 343: 91-94.
(3) Wang &Takeuchi (2017) Individual recognition and the ‘face inversion effect’ in medaka fish (Oryzias latipes) eLife 6, e24728.

Nakagawa N et al. (2019) Memo1-mediated tiling of radial glial cells facilitates cerebral cortical development. Neuron 103: 836-852.
Nakagawa N et al. (2017) APC sets the Wnt tone necessary for cerebral cortical progenitor development. Genes Dev 31: 1679-1692.
Nakagawa N et al. (2015) Ectopic clustering of Cajal-Retzius and subplate cells is an initial pathological feature in Pomgnt2-knockout mice, a model ofdystroglycanopathy. Sci Rep 5: 11163.

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適応機能の回路構築センサス

A01

多様な環境に生息する固着性刺胞動物サンゴの適応責任回路の解明

研究代表者

適応機能の回路構築センサス

A01

神経細胞の個性センサスによるセルアセンブリの構築と遷移研究代表者

沖縄科学技術大学院大学
マリンゲノミックスユニット

大阪大学
大学院生命機能研究科

西辻 光希 スタッフサイエンティスト

八木 健 教授

サンゴ礁は地球の海の約0.2%を占めるに過ぎないですが、記読されているウスエダミドリイシ Acropora tenuis をモデルのサ動物の適応行動を制御 する脳神経系では、神経細胞は個性的

レイとして形成・準備されていることが明らかになっている。

載されている生物の約30%が生息し、漁業や観光業などでサンンゴとして用いて、時には海水温に10度以上の差がある沖縄のな活動を行いながら多様な神経細胞の集団的活動（セルアセン

しかし、単一神経細胞の個性獲得と特異的回路形成の分子メカ

ゴ礁域に住む人々の生活を支えています。しかし近年の人間活

夏と冬に同一個体のシングルセル RNA-seq を行い、適応回路のブリ）により、記憶や情報がコードされていることが明らかにニズムは未だに明らかにされていない。我々が発見した多様化

動による環境悪化、特に海水温の上昇、海水の酸性化、オニヒ構築に関与する遺伝子群の特定を目指します。さらに初夏の満なってきている。脳には複雑な回路ネットワークがあり、個々

細胞接着分子群であるクラスター型プロトカドヘリン（cPcdh）

トデの爆発的放散などにより世界のサンゴ礁が危機的状況にあ月の夜に行われる年１回のサンゴの産卵の際に、サンゴ受精卵の神経細胞が個性をもちながら集団的活動による機能を生みだ

遺伝子群は、個々の神経細胞レベルで異なったランダムな組みります。サンゴは固着性の刺胞動物であり、潮間帯から水深へのマイクロインジェクション法による候補遺伝子の機能解析している。では、単一神経細胞の個性や回路形成はどの様なメ合わせ発現をしており、特異的接着活性を持ち、シナプス形成

50m以深にまで生息しています。つまり日光や乾燥、pHや高低を行って、刺胞動物サンゴの温度変化に対する適応責任回路のカニズムによりもたらされているのであろうか？これまでのに関わることが示唆されており、神経細胞の個性化やセルアセ

水温など様々な環境の変化に適応し生存しています。けれども理解に迫ります。その過程において計画班の皆さまとも積極的

ホールセルパッチクランプ法を用いた解析により、大脳皮質にンブリ形成メカニズムに関わる分子群である可能性が示唆されその環境変化にサンゴ自体がどのように適応しているのかといに連携をとり、恒常性を維持するために神経回路の構築又は再は単一神経細胞レベルで集団性の高い特異的回路があること、ている。そこで本研究では、細胞系譜依存的・回路依存的な神う研究は、サンゴを自由に使えない、産卵は年に1度だけ、実験編成されて適応脳機能を獲得する機構の解明という領域の目的

細胞系譜依存的な回路形成があることが明らかとなっている。

経細胞の個性センサスを単一神経細胞における cPcdh 遺伝子の手法が限られることが原因となり、進んでいないのが現状です。

の推進に貢献していきます。さらに、この適応機構の理解は進

また、大脳皮質視覚野では細胞系譜依存的に同一特徴抽出とな

発現と機能を中心に解析することにより、セルアセンブリの構

本研究計画では、環境適応の中でもサンゴの高低水温への適化的な知見を得るに加えて、危機に瀕している造礁サンゴの保るセルアセンブリが形成されていることも明らかになっている。

築と遷移に関わる分子メカニズムを明らかにする。

全などに役立つことが期待できます。

さらに近年、記憶におけるセルアセンブリが経験以前にプレプ

応神経回路を理解することを目的とします。完全長ゲノムが解クラスター型プロトカドヘリン（cPcdh）遺伝子群と適応脳機能

58種類の cPcdh 遺伝子は、免疫グロブリンと類似した可変領域と定常領域からなる遺伝子クラスターを形成しており、個々の神経細胞で異なるランダムな組み合わせ発現をしている。各 cPcdh タ
ンパク質はホモフィリックな接着活性を持ち、シナプス形成や回路形成に関わる。

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主要な関連論文

主要な関連論文

Kawamura K, Nishitsuji K et al. (2021) Establishing stable cell lines of a coral, Acropora tenuis. Mar Biotechnol https://doi.org/10.1007/s10126-021-10031-w.
Kawamura K, Sekida S, Nishitsuji K et al. (2021) In vitro symbiosis of reef-building coral cells with photosynthetic dinoflagellates. Front Marine Sci 8, 706308
Shinzato C, Narisoko H, Nishitsuji K et al. (2021) Novel Mitochondrial DNA Markers for Scleractinian Corals and Generic-Level Environmental DNA
Metabarcoding. Front Mar Sci 8: 758207

Uchimura A et al. (2022) Early embryonic mutations reveal dynamics of somatic and germ cell lineages in mice. Genome Res 32: 945-955
Kanadome T et al (2021) Development of FRET-based indicators for visualizing homophilic trans interaction of a clustered protocadherin. Sci Rep 11: 22237.
Hirayama T and Yagi T (2017) Regulation of clustered protocadherin genes in individual neurons. Semin Cell Dev Biol 69: 122-130.
Tarusawa E et al. (2016) Establishment of high reciprocal connectivity between clonal cortical neurons is regulated by the Dnmt3b DNA methyltransferase andclustered protocadherins. BMC Biol 14:103.

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適応機能の回路遷移センサス

B01

能動的推論に基づく意思決定の神経回路機構の解明

研究代表者

適応機能の回路遷移センサス

B01

先読みと試行錯誤の行動戦略にかかわる、
適応回路遷移の神経基盤センサス

研究代表者

国立研究開発法人
理化学研究所脳神経科学研究センター

量子科学技術研究開発機構
脳機能イメージング研究部

岡本 仁 チームリーダー

小山 佳 主任研究員

ゼブラフィッシュの終脳はその小ささにもかかわらず、基本

ゼブラフィッシュが予測誤差を最小にするように行動すること

我々は普段、過去の経験を基にして試行錯誤的に物事を判断

核を結ぶ２つの神経経路間の拮抗的な作用が、先読みと試行錯的な構造が哺乳類の終脳と共有している。私たちは、ゼブラを明らかにし、その行動選択が、能動的推論と呼ばれる原理にしたり、次の状況を先読みしたりしながら最適な行動を模索し

誤のいずれの戦略を用いるかの選択にかかわっているという仮

フィッシュ成魚専用の新しい「閉ループ仮想現実空間実験シス従っていることを示しました。本研究では、哺乳類の大脳基底ている。このような行動戦略は拮抗的な関係にあり、それぞれ説のもと、その拮抗の破綻が引き起こす適応回路遷移の生物学テム」を考案し（下図左）、その中で危険回避行動（下図右）を核に相当する終脳の深部の神経細胞群の遺伝子発現プロファイの行動戦略にかかわる神経回路網機能の破綻により適応回路遷的基盤を、①申請者らが確立した化学遺伝学的手法を用いた霊学ぶ過程において、哺乳類の大脳皮質に相当する終脳の表層部

リングや神経結合パターンの解析を行ったうえで、各種の神経移が生じていることが推察されるが、その生物学的背景につい

長類脳における経路選択的機能阻害法、②生理学的記録法、③の神経細胞集団の活動がどのように変化するかを調べた結果、細胞ごとに神経活動のイメージングや操作を行うためのトランてはほとんど明らかになっていない。本研究では、柔軟な行動

rna-seq による遺伝子の網羅的発現解析法を活用することにより終脳のこの部分で、周囲の景色に付与された規則を表現する神

スジェニック系統を作成し、これらを利用して、終脳の表層と決定に実現する神経回路網のはたらきと、精神疾患におけるそ検証する。それにより、前頭前野を中心とした霊長類の意思決経細胞集団と、外界の望ましい状態と現実との予測誤差を表現

深層の神経細胞群の相互作用を解析し、能動的推論もとづく制の破綻の生物学的背景を明らかにするために、先読み・試行錯定機構の理解を、神経回路網の相互作用とその生理・分子生物する神経細胞集団とが活動することを見いだしました。更に、御機構の実態をあきらかにすることを目指します。

誤的という異なる行動戦略の選択にはどのような神経回路網が学的背景という単位での理解へと拡大・発展させることを目指

はたらいているのか、そしてその破綻により生じるであろう適す。本申請課題ではヒトに近い霊長類モデル動物による検証を

応回路遷移には、どのような生理学的・分子生物学的な背景が行うため、得られた結果は基礎脳科学的知見にとどまらず、ヒあるのか？を問う。

ト高次脳機能や精神・神経疾患の病態の理解に向けて大きく貢本研究課題では、サル前頭眼窩野と線条体・視床背内側（MD）

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献できることが期待される。

主要な関連論文

主要な関連論文

1. Torigoe M, Islam T, Kakinuma H, Fung CCA, Isomura T, Shimazaki H, Aoki T, Fukai T, Okamoto H. (2022) Zebrafish capable of generating future stateprediction error show improved active avoidance behavior in virtual reality. Nat Commun. 12(1):5712. doi: 10.1038/s41467-021-26010-7.PMID: 34588436
2. Cherng BW, Islam T, Torigoe M, Tsuboi T, Okamoto H. (2020) The Dorsal Lateral Habenula-Interpeduncular Nucleus Pathway Is Essential for Left-RightDependent Decision Making in Zebrafish. Cell Rep. 32(11):108143. doi: 10.1016/j.celrep.2020.108143. PMID: 32937118
3. Chou M, Amo R, Kinoshita M, Cherng B, Shimazaki H, Agetsuma M, Shiraki T, Aoki T, Takahoko M, Yamazaki M, Higashijima S, Okamoto H (2016) Social
conflict resolution regulated by two dorsal habenular subregions in zebrafish. Science 352:87-90
4. Amo, R., Fredes, F., Kinoshita, M., Aoki, R., Aizawa, H., Agetsuma, M., Aoki, T., Shiraki, T., Kakinuma, H., Matsuda, M., Yamazaki, M., Takahoko, M., Tsuboi,T., Higashijima, S., Miyasaka, N., Koide, T., Yabuki, Y., Yoshihara, Y., Fukai, T., Okamoto, H. (2014) The habenulo-raphe serotonergic circuit encodes anaversive expectation value essential for adaptive active avoidance of danger. Neuron, 84:1034-1048.

1. Oyama K et al. (2021) Chemogenetic dissection of the primate prefronto-subcortical pathways for working memory and decision-making. Sci Adv 7:eabg4246.
2. Oyama K et al. (2022a) Chronic behavioral manipulation via orally delivered chemogenetic actuator in macaques. J Neurosci 42(12): 2552–2567.
3. Oyama K et al. (2022b) Chemogenetic disconnection of the primate orbitofrontal cortex and rostoromedial caudate disrupts motivational control of goal-directedaction. J Neurosci, in press.

10公募研究班紹介

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適応機能の回路遷移センサス

B01「記憶エングラムセンサスによる再固定化から消去への動的な回路遷移の分子基盤の解明」

研究代表者

B01

シナプス可塑性による記憶回路のダイナミクス

研究代表者

東京大学大学院
農学生命科学研究科

京都大学 大学院医学研究科
システム神経薬理喜田 聡 教授

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適応機能の回路遷移センサス

後藤 明弘 助教

恐怖記憶は想起後に再固定化により維持・増強されるが、再課題では、RNA-seq を中心とするオミクス解析と最新の記憶エ

動物は外界環境の情報を学習し、その記憶に基づいて適応行

したがいまして本研究では、記憶の固定化に関与する様々な脳び恐怖イベントが起こらなければ安全学習である消去が誘導さングラムの細胞・シナプスレベルの同定・介入手法を基軸とし動をとります。学習の際、シナプス長期増強 (LTP) という現象に領域で、記憶回路形成に必要な LTP の詳細な時空間情報の解明れる。従って、この過程で「恐怖（再固定化）」から「安全（消去）」た恐怖記憶エングラムセンサスにより、前頭前野と扁桃体を比より特定の細胞間のシナプスが強化されることで、新たな神経とそれに伴う遺伝子発現を網羅的に解析します。

へと行動適応を導くための「恐怖記憶回路遷移」が起こる。現在、

較しつつ、この仮説を回路・細胞・分子レベルで実証すること

回路が形成され、適応行動を獲得します。このような記憶に伴この目的のために、近年開発した独自の光遺伝学的手法 (Goto

扁桃体における恐怖と消去の二種のニューロン集団の競合によを目的とする。この解明を通して、恐怖と消去の二種のニュー

う神経回路の再構築と遷移には、脳の広い領域で LTP とそれに

et al. Science 2021) を用います。この手法では脳内で誘導されり恐怖記憶消去が誘導されると提唱されて世界的に研究が進ん

ロン集団の競合により恐怖反応が制御されるといった既存の伴う遺伝子発現の変化が重要です。しかしその詳細なメカニズ

る LTP の時間枠と場所を詳細に解析することが可能です。本手でいる。これに対して、研究代表者はこれまでの研究結果から、概念とは異なる、新たな記憶消去に至る回路遷移の制御基盤をムはいまだに不明な点があります。

法を用いることで、記憶の固定化に伴って LTP が誘導される脳想起後の再固定化から消去への回路遷移が前頭前野における単明らかにすることを試みる。恐怖記憶制御基盤はヒトと高等動

外界からの情報はまず海馬で短期的に記憶されますが、時間領域と時間枠を詳細に明らかにします。さらに、明らかにした一の記憶エングラムニューロンの機能的変化、すなわち、前頭物で共通することが強く示唆されているため、本研究課題の進が経つにつれ、大脳皮質など海馬以外の領域に移行していきま

LTP 時間枠の前後にける遺伝子発現の変化を RNA シークエンス

前野の “ 恐怖記憶エングラム ” が “ 消去記憶エングラム ” に変化

展は心的外傷後ストレス障害（Post Traumatic Stress Disorder;

す。この現象は記憶の固定化として知られています。記憶の固によって検出し、学習回路の形成に必要な遺伝子発現を網羅的することで実行されるとの仮説を立てている。そこで、本研究PTSD）の病態理解と治療法開発に貢献できると考えている。

定化では海馬と皮質以外にも様々な脳領域が必要で、それらのに解析します。以上により、記憶回路形成に重要なシナプス可領域でも同様に新たな神経回路が形成されると考えられます。

塑性と遺伝子発現の詳細かつ網羅的な情報を明らかにします。

主要な関連論文

主要な関連論文

Takahashi S et al. (2021) Tumor necrosis factor α negatively regulates the retrieval and reconsolidation of hippocampus-dependent memory. Brain Behav
Immun 94: 79-88.
Fukushima H et al. (2021) Active transition of fear memory phase from reconsolidation to extinction through ERK-mediated prevention of reconsolidation. J.
Neurosci 41:1288-1300.
Kida S (2020) Function and mechanisms of memory destabilization and reconsolidation after retrieval. Proc Jpn Acad Ser B Phys Biol Sci. 96:95-106.
Hasegawa S et al. Hippocampal clock regulates memory retrieval via Dopamine and PKA-induced GluA1 phosphorylation. Nat Commun 10:5766.

Horie T et al. (2018) Regulatory cocktail for dopaminergic neurons in a proto-vertebrate identified by whole embryo single cell transcriptomics. Gene Dev 32:
1297-1302.
Goto A. (2022) Synaptic plasticity during systems memory consolidation. Neurosci. Res. in press (available online)
Goto A et al. (2021) Stepwise synaptic plasticity events drive memory consolidation. Science 374(6569) 857-863.
Goto A et al. (2015) Circuit-dependent striatal PKA and ERK signalings underlie behavioral shift in Male Mating Reaction. Proc Natl Acad Sci U S A. 112 (21):671823.

12公募研究班紹介

公募研究班紹介

適応機能の回路遷移センサス

B01

歌学習発達に伴う聴覚記憶神経回路の高次機能適応センサス

研究代表者

適応機能の回路遷移センサス

B01

トランスラトームダイナミクスから探る適応の多様性

研究代表者

沖縄科学技術大学院大学
臨界期の神経メカニズム研究ユニット

東北大学
大学院生命科学研究科

杉山（矢崎）陽子 准教授

谷本 拓 教授

生後の発達期、「臨界期」には生得的に（遺伝的にプログラム

路（“歌記憶責任回路 ）が、どの様にその後に発達する運動機

神経回路の可塑的な機能変化は動物の行動適応の根幹であ本研究では、ショウジョウバエの細胞種特異的な遺伝子発現

されて）形成される神経回路に加え、外界から受ける刺激に対能、高次機能を司る神経回路と繋がり、様々な機能を獲得・司り、個別シナプスから細胞集団まで異なる階層にわたり研究さ系と比較トランスラトーム・トランスクリプトーム解析を組み応し、神経回路が形成・修飾され、これに対応する様々な機能るための神経回路と適応していくのか明らかにする。「歌記憶責れてきました。経験や状態変化に応じて獲得した可塑的変化の合わせ、神経活動依存的な転写・翻訳の経時変化を明らかにすが発達する。臨界期は感覚（Sensory）、運動（Motor）、高次機

任回路」を構成する神経細胞群と、その投射先の領域の神経細維持には、特定細胞での新規タンパク質合成が重要であることることを目指します。特に「刺激後の時間」と「細胞種」とい能（Cognitive function）と、それぞれの機能が順に系統立って胞群を単一核 RNA-seq により遺伝子発現プロファイリングを行が分かっています。しかし、可塑的変化に応じて特定の適応回

う 2 変数に焦点を当て、適応回路で起こる可塑的変化をトラン

発達するように形成されており、初期の感覚神経の発達は、そい、この神経回路が発達を追って歌学習、求愛行動といった高路で翻訳されるべきタンパクが何であり、そのタンパクがどのスラトームから解明します。具体的には、光遺伝学を用いて標の後の運動、高次機能の発達を左右する。

次機能に関わる他の神経回路との接続に関わる遺伝子群を同定ように機能することで安定化するかに関しての知見は未だ断片的細胞を脱分極させ、活動依存的な翻訳応答の経時変化をプロ

歌を学習するトリ、ソングバードは、幼少期に親の歌を聴いすることで、歌記憶責任回路がどのように変化・適応し、他の的です。さらに、長期的な可塑的変化が生じる際には転写非依ファイルします。この「比較オミクス解析」により、刺激直後て覚え（感覚学習期）、続いてこれを模倣することで歌を学習

運動回路や高次機能回路と連携しながら様々な機能を獲得する存的な mRNA 翻訳が必要であることが示唆されています。このに翻訳活性が上昇する「最初期タンパク」や、二次的に翻訳効する（感覚運動学習期）。本研究ではソングバードの一種であるのか、その分子基盤を明らかにする研究を行う。本研究の成果

ことから、適応における特定回路の分子変化を理解するために率が変化する標的遺伝子を網羅的に同定します。さらに神経活

キンカチョウの歌学習をモデルとして用い、発達初期の聴覚経は高次機能障害といった疾患の病態生理学の理解へも貢献が期

は、神経活動に応じた変化を転写だけでなく翻訳に関してもプ動前後のトランスクリプトーム・トランスラトーム応答を、複験により形成される親の歌の記憶に関わる高次聴覚野の神経回待できる。

ロファイリングする系が必要となります。

数の細胞種間で比較することにより、回路適応の細胞多様性の理解を試みます。

13

主要な関連論文

主要な関連論文

Katic K et al. (2022) Neural Circuit for Social Authentication in Song Learning. Nat Commun: in press
Kudo T et al (2020) Early Auditory Experience Modifies Neuronal Firing Properties in the Zebra Finch Auditory Cortex. Frontiers in Neural Circuits 14: 63, doi:
10.3389/fncir.2020.570174
Araki M et al. (2016) Mind the Gap: Neural Coding of Species Identity in Birdsong Prosody. Science 354: 1282-1287
Yanagihara S and Yazaki-Sugiyama Y (2016) Auditory experience dependent cortical circuit shaping for memory formation in bird song learning. Nat Commun
doi: 10.1038/NCOMMS11946

Menzel R. (2012) The honeybee as a model for understanding the basis of cognition. Nature Rev Neurosci 13: 758-768.
Modi MN et al. (2020) The Drosophila Mushroom Body: From Architecture to Algorithm in a Learning Circuit. Annu Rev Neurosci 43: 465-484.
Ingolia NT et al. (2009) Genome-wide analysis in vivo of translation with nucleotide resolution using ribosome profiling. Science 324(5924): 218-23.
Scheffer LK et al. (2020) A connectome and analysis of the adult Drosophila central brain. eLife 9: e57443.

14公募研究班紹介

公募研究班紹介

適応機能の回路遷移センサス

B01

記憶遷移を担う神経回路ダイナミクスの神経ペプチドによる修飾メカニズム研究代表者

適応機能の回路遷移センサス

B01

多様な行動を適応的に創出する回路遷移機構のセンサスに基づく解明

研究代表者

千葉大学
大学院薬学研究院

東京大学大学院
新領域創成科学研究科

殿城 亜矢子 講師

能瀬 聡直 教授

動物は、危険な状況を学習・記憶し、生き抜く能力をもちます。

本研究は学習・記憶能を支える適応回路が明らかになりつつ外界との相互作用のなかで生存に適した行動を選択すること

これまでに、感覚―運動回路の両端に存在する回路要素、すな

この様な動物の適応行動に必要な学習・記憶能は、加齢に伴いあるショウジョウバエの嗅覚記憶系を用いて、行動遺伝学や生は、脳神経系の最も重要な機能です。しかしながら、細胞集団

わち感覚入力を受け前進／後退運動を司令する Wave ニューロ

低下します。その原因として、神経細胞の変性・細胞死が加齢

体カルシウムイメージング手法、単一細胞群トランスクリプトーの神経活動パターンがどのようにして展開し、特定の行動の生ンと、前進／後退の運動出力を担う神経回路を明らかにするこにより増加することや、神経伝達物質を介したシナプス伝達がム解析を組み合わせることで、神経ペプチドが学習・記憶機能

成に結びつくのか、その仕組みは未だ明らかになっていません。

とに成功しています。そこで本研究では両者の間に存在し、回加齢により低下することに着目した研究が進展し、アルツハイを制御する神経基盤・分子機構を明らかにします。さらに、神本研究では、コネクトミクス解析（連続電子顕微鏡画像三次元

路遷移において決定的な役割を果たすような候補細胞をセンサ

マー病を含む加齢性記憶障害の創薬ターゲットとなってきまし経ペプチドの加齢性変化が記憶に与える影響を明らかにするこ

再構築）や高度な遺伝子操作が可能であり、中枢回路の構成とスによる網羅的な探索により同定します。具体的には、１）活た。近年、神経ペプチドもまた加齢に伴い変化し、記憶低下のとで、加齢性記憶障害の新たな機構の解明を目指します。

機能を単一細胞種のレベルで解剖可能なショウジョウバエ幼虫

動依存的に色変換する蛍光タンパク質 CaMPARI2 による標識・原因となることが示唆されてきました。しかし、記憶形成に関神経ペプチドによる記憶制御機構やその破綻機構を解明するにおいて、行動選択時に活動する細胞を系統的にプロファイリ

単離と単一細胞 RNA − seq による行動間比較遺伝子プロファイ

与する神経ペプチドが学習・記憶能を支える神経回路にどの様ことは、記憶遷移を担う神経回路ダイナミクスの神経ペプチド

ングすることで適応機能を生む回路遷移の仕組みを探ります。

リング、２）膨張試料顕微鏡法を用いたカルシウムイメージンに組み込まれているか、また神経ペプチドと加齢性記憶障害とによる修飾メカニズムの解明に繋がり、根本治療薬が存在しな

このため、幼虫が状況に応じて前進と後退という逆方向の移動

グ試料における細胞同定、の２つの研究計画を推進することで、の関与については不明な点が多く残されています。

い認知症発症の新たな治療ターゲットを提示する重要な科学的運動を切り替える系をモデルとしたセンサス研究を行います。

神経細胞の活動と ID を結びつけ、適応脳機能の原理を名前のついた細胞からなる回路レベルで理解することを目指します。

知見となります。

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主要な関連論文

主要な関連論文

Tonoki A et al. (2020) Appetitive Memory with Survival Benefit Is Robust Across Aging in Drosophila. J Neurosci 40: 2296-2304.
Tanabe K et al. (2017) Age-Related Changes in Insulin-like Signaling Lead to Intermediate-Term Memory Impairment in Drosophila. Cell Rep 18: 1598-1605.
Tonoki A et al. (2015) Aging impairs protein synthesis-dependent long-term memory in Drosophila. J Neurosci 35: 1173-80.

Zeng X et al. (2021) An electrically coupled pioneer circuit enables motor development via proprioceptive feedback in Drosophila embryos. Current Biology 31:
5327-5340.
Hiramoto A et al. (2021) Regulation of coordinated muscular relaxation by a pattern-regulating intersegmental circuit. Nature Commun. 12: 2943.
Kohsaka H et al. (2019) Regulation of forward and backward locomotion through intersegmental feedback circuits in Drosophila larvae. Nature Commun. 10:
2654.
Takagi S, Cocanougher BT, Niki S, Miyamoto D, Kohsaka H, Kazama H, Fetter RD, Truman JW, Zlatic M, Cardona A, *Nose A. (2017) Divergent Connectivity of
Homologous Command-like Neurons Mediates Segment-Specific Touch Responses in Drosophila. Neuron 96(6):1373-1387.

16

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公募研究班紹介

適応機能の回路遷移センサス

B01

前頭前皮質ー線条体回路を構成する細胞の機能的活動特性の精査

適応機能の回路遷移センサス

逆行性バーコーディングによる局所神経回路構造の解明

B01

研究代表者

研究代表者

京都大学
ヒト行動進化研究センター

京都大学大学院医学系研究科
生体情報科学講座

野々村 聡 特定助教

濱口 航介 講師

大脳皮質 – 基底核回路は、適応的な行動選択を行うために、様々

要であることがわかってきている。しかしながら、技術的な制約

神経細胞は大きく分けて興奮性・抑制性という２タイプ、そRNA-seq や FISH による細胞タイプ同定を行うことで、情報と回なシグナルを伝達する。前頭前皮質から線条体への神経路は、報もあり、大脳皮質からのどのような入力が、直接路および間接路の下に多様なサブタイプを持ち、それぞれが独自の神経回路接路、分子発現を結びつけます。具体的には、意思決定課題を行う

酬に基づく意思決定に関与するさまざまな情報を送る重要な経細胞の固有の活動特性を決めていのかは未だ不明である。

続を持つと考えられます。RNA-seq や蛍光 in-situ hybridization

マウスの大脳皮質高次運動野を対象に、将来の行動・運動を表路であるが、中でも内側前頭前皮質（mPFC）は、報酬の損失など

本計画では、光遺伝学的手法と多細胞同時記録を用いた細胞タ（FISH）は細胞の持つ遺伝子発現パターンを調べる事ができる強現する短期記憶を担う局所回路構造の解明を目指します。さらのネガティブな情報を特異的に処理することが示唆されている。

イプ特異的な発火活動記録と、ネガティブな情報処理機能に焦点力な手法ですが、神経細胞同士の結合情報を欠いています。本研にバーコードを付与した遺伝子欠損型狂犬病ウィルスを用いる

線条体もまた意思決定に関わるシグナルを伝達しており、主に直を当てた行動課題「報酬の減衰に基づく行動選択課題」を組み合

究では、２光子カルシウムイメージングを用いた神経細胞の情ことで、大規模に情報・回路・分子発現を同定できる手法の開接路と間接路と呼ばれる２つの経路を構成する細胞が、報酬またわせることで、mPFC 細胞のうち、線条体へ投射をする細胞がど

報同定、狂犬病ウィルスを用いた入力ネットワーク同定、さらに発を行います。

は無報酬に選択的に応答する特性を持っている（Nonomura etのような活動特性を示すのかを明らかにすることを目指す。まal., 2018）。こうした報告は、mPFC および間接路細胞がネガティ

た、解像度をより一層高めて mPFC- 線条体回路の活動特性を調べ

ブな情報を特異的に処理している可能性を示している。近年、直るために、線条体に投射をする mPFC の細胞が、直接路または間接路および間接路の固有の活動特性は、従来支持されてきた黒質

接路のどちらに投射をしているのかを区別するための実験系の緻密部からのドーパミン作用に加えて、大脳皮質からの入力が重構築をする。

① 二光子カルシウム
イメージング：情報同定
L

R

R

R

L

L

左
右

② プラスミド導入:
Starter細胞選定

L

R

選択

R

L
R

R
L

④ HCR-FISH:
細胞タイプ同定

L
R

L
R

Starter: ポストシナプス細胞 入力：プレシナプス細胞

Pvalb

R
L

カルシウム蛍光輝度

R
076
L
237

17

L

③ 逆行性ウィルス注入:
入力ネットワーク同定

100 s

L
R

L
R

Sst
Vip
Chodl
...

主要な関連論文

主要な関連論文

Nonomura S and Samejima K. (2019) Neuronal Representation of Object Choice in the Striatum of the Monkey. Front. Neurosci., 13. 1283
Nonomura S et al. (2018) Monitoring and Updating of Action Selection for Goal-Directed Behavior through the Striatal Direct and Indirect Pathways. Neuron 99:
1302-1314.
Nonomura S et al. (2017) Continuous membrane potential fluctuations in motor cortex and striatum neurons during voluntary forelimb movements and pauses.
NEUROSCIENCE RESEARCH 120: 53-59.

Hamaguchi K, Tanaka M, Mooney R, “A Distributed Recurrent Network Contributes to Temporally Precise Vocalizations'', Neuron, 91 (3), 680-93, 2016.
Hamaguchi K, Tschida KA, Yoon I, Donald BR, Mooney R, “Auditory synapses to song premotor neurons are gated off during vocalization in zebra finches'', eLife, 3,
e01833, 2014.
Hamaguchi K, Mooney R, “Recurrent Interactions between the Input and Output of a Songbird Cortico-Basal Ganglia Pathway Are Implicated in Vocal Sequence
Variability”, J. Neuroscience, 2012, 32(34): 11671-11687.

18

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公募研究班紹介

適応機能の回路遷移センサス

B01

生体脳内１細胞での適応回路再編成の時空間分子メカニズムの解明

研究代表者

C01

脳変容メカニズムの解明のための転写因子活性センサス

研究代表者

新潟大学
脳研究所

東北大学
大学院生命科学研究科

三國 貴康 教授

19

適応回路センサス技術開発と理論構築

安部 健太郎 教授

経験依存的な脳内神経回路の再編成は、生後の正常な発達、外Quartz-Seq 法と PhOT-Seq 法による１細胞トランスクリプトー

動物の適応的な行動を可能にする神経系の可塑的変化の過程

適応的変化における変容過程を司りますが、既存の技術では成部環境への適応や様々な学習・記憶に不可欠であることが知ら

ム解析を組み合わせることで、マウスの生体脳内１細胞でシナでは、脳内細胞が経験・活動・病態依存的に発現する遺伝子を体脳内において転写因子の活性を測定することは困難です。最れている。しかしながら、このような神経回路の再編成がどのプスの構造と機能を大規模かつ定量的にモニターするための技

変化させます。近年のシーケンス技術関連の技術革新によって、

近我々は、成体脳内において細胞が内在に発現する多数の転写

細胞のどのシナプスにおいて、どのような分子メカニズムで起術基盤を開発する。そのうえで、感覚遮断による神経回路の再編

ゲノム情報や、脳の細胞が発現するトランスクリプトームとそ

因子の転写制御活性を定量解析し、転写因子活性プロファイル

こっているのかは十分にわかっていない。本研究では、本研究者

成において、回路の再編成が起こる細胞の分子的特徴を明らかの変化については多くの知見が得られるようになりました。一

として解析する技術を確立しました。本研究では、本技術を発展が開発した生体脳内１細胞でのゲノム編集・分子イメージングにし、さらに、回路再編成の時間的および空間的な分子メカニズ

方で、本来は同じゲノムをもつ細胞がそれぞれに個性を獲得し、させ、成体脳における単一細胞での複数の転写因子活性の測定技術（SLENDR/vSLENDR: Mikuni et al., Cell 2016; Nishiyama et

ムを脳内１細胞・シナプスレベルの解像度で解明することを目

経験に応じてそのトランスクリプトームが変化する機構や、記法を確立し、単一細胞トランスクリプトーム情報と単一細胞転al., Neuron 2017）、大規模スパイン機能解析プラットフォーム、指す。本研究により、適応回路センサスの様々な研究に資するイ

憶・学習や疾患など、生体の適応的変化の過程においてトラン

写因子活性プロファイルを統合的にマルチオミクス解析を行いおよび２光子蛍光寿命イメージング技術などの先端イメージン

メージング技術プラットフォームが確立し、様々な適応回路メ

スクリプトームが変容していく機構については、不明な部分がます。本研究で確立する転写因子活性センサスにより、脳機能変グ技術群と、微量のサンプルから高精度に RNAseq 解析できる

カニズムのシナプスレベルおよび分子レベルでの解明に役立つ多いのが現状です。転写因子は、遺伝子の発現を直接制御するこ容に関わる神経回路を転写因子活性を指標に明らかにし、そのことが期待される。

とにより、ゲノムからトランスクリプトームを作り出し、生物の機能を実験的に解明します。

主要な関連論文

主要な関連論文

Mikuni T†, Uchigashima M. (2020) Methodological approaches to understand the molecular mechanism for structural plasticity of dendritic spines. Eur J Neurosci
54(8):6902-6911.
Nishiyama J*, Mikuni T*†, Yasuda R†. (2017) Virus-mediated genome editing via homology-directed repair in mitotic and postmitotic cells in mammalian brain.
Neuron 96(4):755-68.
Mikuni T et al. (2016) High-throughput, high-resolution mapping of protein localization in mammalian brain by in vivo genome editing. Cell 165(7):1803-17.
Mikuni T et al. (2013) Arc/Arg3.1 is a postsynaptic mediator of activity-dependent synapse elimination in the developing cerebellum. Neuron. 2013; 78(6):1024-35.

Abe H et al. (2022) PCR-based profiling of transcription factor activity in vivo by a virus-based reporter battery. iScience, 25(3):103927.
Abe K et al. (2015)Transgenic songbirds with suppressed or enhanced activity of CREB transcription factor. PNAS, 112(24):7599-604.
Abe K et al. (2011). Songbirds possess the spontaneous ability to discriminate syntactic rules. Nat. Neurosci, 14(8):1067-73.

20

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公募研究班紹介

適応回路センサス技術開発と理論構築

C01

Simultaneous voltage and calcium imaging and mRNA extraction
from single neurons in-vivo

研究代表者

C02

構成細胞のスパイク統計特性に着目した適応機能の要素回路抽出法の開発

研究代表者

立命館大学
情報理工学部

Okinawa Institute of Science and Technology
Graduate University (OIST)

坪 泰宏 准教授

Christopher Roome Staff Scientist

21

適応回路センサス技術開発と理論構築

Neurons are the basic building blocks of the nervous system.

manipulation and/or mRNA extraction. Together, this allows us

適応脳機能を担う脳神経回路において、いつ、どの領域・層で、経活動が得られるようになり、多様性を多様なまま「分布」としUnderstanding their function in the living animal is essential

to acquire functional and structural data from Purkinje neurons

どの細胞が、どのようにして、「何が起こること」が要素なのかて扱うことが可能になりつつあります。そこで本研究では、神経for understanding the nervous system and curing neurologicaland afterwards extract mRNA from their soma. I will provideを明らかにすることためには、脳神経回路のネットワーク配線

細胞のスパイク時系列の統計特性の多様性に着目し、連続的なdiseases. For a deeper understanding of neuronal function,

collaborators with mRNA samples to solve the followingのような静的な構造を調べることはもちろん、その神経回路で個性をもった神経細胞たちが、要素回路上でどのような立ち位

it is necessary to record multidimensionally in the awake

problem: Purkinje neurons have previously been considered

実現される動的な構造を、要素ダイナミクスとして抽出するこ

置で、どのように振舞っているのかについて、入力機能、出力機

behaving animal. Additionally, to connect form with function,a homogeneous cell type. The expression pattern of a fewとが重要になります。神経回路は、主にスパイクを介して情報伝能、高次機能、記憶機能によってどのように異なるのかを解析す

it is essential to reconstruct their complete 3D structure andproteins and their complex signaling patterns, however, tell us達を行っているため、要素ダイナミクスを抽出するためには、要ることで、適応脳機能を担う脳神経回路から、その要素ダイナミ

to determine their protein expression pattern. In our previous

this is not the case and the relationship between their unique

素回路を構成している神経細胞の、スパイクに関する機能的特

クスをあぶりだすことを目指します。また、本研究で得られるとwork I was able to record functional activity by imaging voltage

protein expression and complex signaling patterns remains

性の多様性を考慮することが重要になります。従来は、同時計測期待される知見は、素子の仕様の画一化が求められてきた人工and calcium signals in cerebellar Purkinje neurons in awake

undetermined. By combining functional recording and mRNAされる神経活動が小規模であったため、多様性を扱う際には「分デバイス開発分野に対しても、不均質な素子を特長として生か

animals with unprecedented spatial and temporal resolution.

screening techniques it will be possible to identify the different

類」することが主でした。近年、高集積電極等によって大規模神せる方法の提案につながる可能性を秘めています。

I have also developed a technique which allows access totypes of Purkinje neurons based on their functional activity

neurons in vivo, for electrophysiology, pharmacologicaland protein expression patterns.

主要な関連論文

主要な関連論文

1. Roome CJ, Kuhn B, “Dendritic coincidence detection in Purkinje neurons of awake mice”, eLife. 2020, Dec 21.
2. Roome CJ, Kuhn B, “Simultaneous dendritic voltage and calcium imaging and somatic recording from Purkinje neurons in awake mice”, Nature
Communications. 2018, Aug 23;9, 3388.
3. Roome CJ, Kuhn B, “Chronic cranial window with access port for repeated cellular manipulations, drug application, and electrophysiology”, Front. Cell.
Neurosci. 2014, Nov 11;8:379.
4. Roome CJ, Kuhn B, “Voltage imaging with ANNINE dyes and two-photon microscopy of Purkinje dendrites in awake mice”, Neuroscience Research. 2019,
Nov 20.

Kato M et al. (2022) Spatiotemporal dynamics of odor representations in the human brain revealed by EEG decoding. PNAS 119: e2114966119.
Mochizuki Y et al. (2016) Similarity in Neuronal Firing Regimes across Mammalian Species. J Neurosci 36: 5736-5747.
Tsubo Y et al. (2012) Power-law inter-spike interval distributions infer a conditional maximization of entropy in cortical neurons. PLoS Comput Biol 8: e1002461.
Tsubo Y et al. (2007) Synchronization of excitatory neurons with strongly heterogeneous phase responses. Phys Rev Lett 99: 228101.

22第２回適応回路センサス領域会議・参加記

執筆：瀬戸川 将

静岡県の伊豆半島南端に位置する伊豆今井浜東急ホテルにて10

参加自体を諦めることがあるかもしれません。今回は初の試みであ

月27日から29日まで、第2回適応回路センサス領域会議が開催されり試験的な意味合いもあったかもしれませんが、このようなサポーました。2021年より始動した当領域の活動は、これまで新型コロナ

トは男女共同参画を推進する上で大きな助けになるのではないか

ウイルスの感染状況を踏まえてオンライン開催が続いてきたため、と感じました。

今回が初めての現地開催でした。また、今回の班会議では計画班員

最後に、礒村領域代表のお話の中で昨今の研究情勢に関するお話がありました。その中で、世界トップの研究機関で最先端技術を駆使して進められる圧倒的な研究を、下田に来航した黒船に例え、
この戦力差に対抗する手段の1つとして適応回路センサス領域を立ち上げたというお話は特に印象に残りました。公募班を含めた初めての領域会議ではありましたが、既に多彩な研究分野、世代、生物
種、技術を有する研究室が議論や共同研究を通して有機的ネット
ワークを形成し、適応的に領域目標へ向かって突き進むさまは、正と公募班員を含めて、北は北海道から南は沖縄に至るまで全国からに適応回路センサスそのものであるように感じました。私自身も微総勢69名の参加がありました。そのため本会議では、コロナ感染症

力ではありますが、領域の発展に貢献できるように頑張ると共に、対策には特に気を配っており、参加者全員が毎朝抗原検査を行うな

成長していきたいと思います。

どの感染症対策のもとで開催されました。

筆者が宿泊した部屋から撮影した下田の海。見渡す限りの水平線は絶景でした。

領域会議では、29班の代表者による発表が３日間に渡って行われ、各班の研究計画の概要について発表がありました。最新の知見や先端技術を盛り込んだ代表者の発表には、終始圧倒されるとともに、非常に良い刺激を受けました。会議に参加して実感したことは、達成目標である適応脳機能の仕組みの理解に向けて、本領域が学
際性や多様性に富んだメンバーで構成されていたことです。例えば

瀬戸川 将 特任助教

領域メンバーは、行動神経科学、神経解剖学、神経発生、ゲノム生

また私個人の話としては、コロナ感染症拡大以降、学会や会議の大脳基底核における手続き記憶の学習メカニズムについて研究して物学、神経計算論などを専門とした、若手からシニアに至るまで幅殆どをオンライン参加にしていたため、実に2年半ぶりの対面形式います。現在は、自由行動下のラットに多領域同時大規模神経活動記

広い世代の研究者によって構成されていました。また本領域では、の会議への参加となりました。昨今では学会や会議がオンラインで化する仕組みを調べています。将来的に多様な学習に関わる大脳基マカクザルやマウス・ラット、ショウジョウバエ、ホヤ、サンゴなど実施されることが当たり前となり、移動などに時間を割かれることの多彩な生物種を用いており、研究対象とする生物学的階層も分子なく、研究室から世界中の情報を得ることが出来るようになりましレベルから行動レベルまで実に多様でした。そのため、質疑応答でた。これはある意味、仕事の効率化や生産性の向上に繋がっているは世代、専門分野、研究対象の垣根を越えて、それぞれの視点からとも考えられます。一方で、オンライン参加では時間的、物理的な鋭い指摘や闊達な意見交換が行われていた点は印象に残っていま

制約も多く、研究の細部に渡って議論することが難しいとも感じてす。また会議中に印象的だったことは、ある若手研究者が本領域のいました。今回の領域会議では、会議中や懇親会ではもちろんのこ

プロジェクトを進める上で問題となっている点を領域メンバーに対と、朝食や夕食、温泉に入浴中でさえも研究に関する話を徹底的にして質問した際に、様々な専門分野の研究者の助言や提案があり、議論することができ、対面かつ宿泊形式の会議の強みを実感しまし議論が行われたことでした。このように、若手研究者が気兼ねなくた（なんとお昼にはランチョンセミナーも開催されました）。また、

質問可能な雰囲気も本領域の強みであると感じると同時に、それぞ

私は所属研究室から一人で参加したこともあり、他の機関の研究者

れの班が個々にプロジェクトを進めるだけでなく、各班同士が有機と相部屋でした。このような機会がなければ中々お話することが出的な繋がりを持って研究を進めることが、領域の達成目標である適来ない先生と就寝する間際まで、様々な話題に関してじっくりとお応脳機能を担う回路構築と回路遷移の仕組みの解明に向けて重要話出来たことは現地開催された今回の領域班会議での大きな収穫であると肌で感じることが出来ました。

の1つだったと思っています（お付き合い頂き本当にありがとうござ

今回の領域班会議では、男女共同参画を促すための新たな試みいました！）。さらに、今回の領域会議には同世代の若手研究者も多として保育士である講演者が参加し、宿泊施設内に託児スペースがく参加しており、約2年ぶりにお互いの研究や現状も含めてお話す

設けられていました。私には2歳の息子がおりますが、たとえ数日のることができました。同世代の活躍を知ることで、私自身もより一出張でさえも妻のサポートなしでは難しい状況です。夫婦で共に研層研鑽を積んでいかなければと改めて気を引き締める良い機会に究者の場合や、日頃から研究と育児をこなしている研究者の場合でなりました。

は尚のこと、会議や研究会への出席が大きな負担となるだけでなく、

23

領域班会議の様子

大阪公立大学
大学院医学研究科 神経生理学
小林班

録法を線条体広域に適用し、学習過程において情報処理が連続的に変底核ループの機能を統一的に理解する基本原理の解明を目指すべく、日々研究に取り組んでいます。

家族同伴の領域会議に参加して休憩時間に下田の海をバックに撮影、中央に領域代表の礒村先生、
左から4番目が筆者

執筆：佐々木 拓哉、佐々木（久我）奈穂子

今回の領域会議では、託児室を設置いただき、我々と子供2名（4.5

ズルームはありましたが、これだけでは終日の託児は不可能だった

歳男と1.5歳女）の家族同伴で参加しました。欧米では、家族同伴でと思います。また、保護者が両方とも会議に参加する場合、監督者の学会参加が良く見られますが、日本ではまだそのような風潮は定（保育士など）が必要となります。今回は事務局のご尽力で、療保園着していません。しかし日本でも、ワークライフバランスが重視さ代表で保育士の先生（図２）にもご協力いただき、最高の環境を整れる時代になってきたこともあり、今回は家族同伴の領域会議参加備していただきました。事務局の皆様には感謝しかありません。

を実践してみることにしました。学術変革の領域会議としては、お各ご家庭が検討すべき事としては、子供自身が保育者や周りの子

そらく前例がない試みであり、今後の領域会議の在り方を考える上供にどれだけ馴染める性格か、という点が重要になりそうです。こでも参考になるかもしれません。本稿では、我々の体験をいくつか

れは年齢や個性によるところが大きいかと思います。親のほうは、の面から列挙いたします。

託児室に子供を預けながらの参加になるので、呼び出されるかもという緊張感はありますが、妻の立場から言えば、５年以上参加でき

１．託児室と会議参加について
今回は計４名の子供が託児室を利用しました。託児室そのものは広く（景色も良く、図１）、十分すぎる環境でした。ホテル内にもキッなかった対面の発表を聞くことができ、非常に良い勉強になりました。私と妻のトータルで考えれば、いつもよりもサイエンスの勉強ができ、プラスの面が非常に大きい会議でした。

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研究成果
佐藤 暢哉

２．移動について

最後に、このような前例のない機会を提供いただきました領域代

今回の領域会議は伊豆でした。我々は仙台から電車を乗り継ぎ、

表の礒村先生、事務局の硤合様、平様に深くお礼申し上げます。ま片道４時間程度でした。小さい子連れで旅行をされた方はご経験のた、我々を見守っていただきました会議参加者の皆様にお礼申し上

通り、この移動時間は、負担が大きいことは確かです。幸い、周りのげます。

乗客の方々が、寛容な目で見守ってくださったことに救われました。
現地に着いてしまえば、普段にはない景色や環境があり、大人も子研究計画班 B01

久原 篤

幸いです。
公募研究班 A01

供も非常に良い経験になることは間違いありません。各ご家庭が検東北大学大学院薬学研究科
佐々木（久我）奈穂子（学振研究員 RPD）

めるか、という点になるかと思います。

Motomura H, Ioroi M, Murakami K, Kuhara A, Ohta A.,“Head-tail-head neural wiring underlies gut fat storage in Caenorhabditis elegans temperature acclimation”
PNAS. 119 (32) e2203121119. (2022)
安部 健太郎

佐々木 拓哉

性格にもよると思います）、会場の環境や雰囲気を家族全員が楽し佐々木 拓哉
Kuga N, Abe R, Takano K, Ikegaya Y, Sasaki T.,“Prefrontal-amygdalar oscillations related to social behavior in mice”
eLife. 11: e78428. (2022)

今回の試みが、領域会議の将来の在り方を考える布石になれば討すべき事は、長時間の移動に子供が耐えられるか（これも年齢やKitano K, Yamagishi A, Horie K, Nishimori K, Sato N.,“Helping Behavior in Prairie Voles: A Model of Empathy and the Importance of Oxytocin”
iScience. 25(4): 103991. (2022)

公募研究班 C01

Yamamoto H, Abe K.,“Protocol for viral vector-mediated measurement of transcription factor activity of mouse brain”
STAR Protoc. 3(3): 101633. (2022)
濱口 航介

３．まとめ

公募研究班 B01

全体として、領域会議は普段より忙しかったですが、少し時間が経って冷静に考えると、研究者かつ母親である妻の立場では特に、Hamaguchi K, Aoki-Takahashi H, Watanabe D.,“Prospective and Retrospective Values Integrated in Frontal Cortex Drive Predictive Choice”
PNAS, 119, e2206067119. (2022)
松下 夏樹、小林 和人

普段できない経験ができたこと、さらにサイエンスの理解も深めら

研究計画班 B01

れたという点で、プラス面が非常に大きかったと思います。
子供同伴とは言っても、我々は様々な家庭の一パターンに過ぎまMatsushita N, Nishizawa K, Kato S, Iguchi Y, Fukabori R, Takeuchi K, Miyasaka Y, Mashimo T, Kobayashi K.,“Catecholaminergic cell type-specific expression of Cre recombinase in knock-in transgenic rats generated by
the Combi-CRISPR technology”
J Neurosci Methods. 381:109707. (2022)

せんので、本稿はあくまでも参考までに捉えて頂ければと思います。
上述の通り、一番重要なのは、子供がどれほど新奇環境に適応でき

総説・書籍

るか、年齢や性格を考慮することだと思います。例えば、うちの場
合でも、上の子供１人だけの参加だったら、だいぶ楽だったと思います。また、片方の親だけで会議に参加して、移動中や滞在中に監

図１ 託児室の様子

督を交替できない場合などは、まったく違った経験になることと思小林 和人

研究計画班 B01

います。一方で、小学生以上の子供がいるご家庭は、簡単に学校を休めないかもしれませんので、別の方策が重要になるのかもしれま
せん。

メディア掲載、出演情報など 新聞

今回は、初の試みということで、子連れでの参加は我々ともう一組のご家族だけでした。私自身は周りからどう思われているかという点が気になりましたが、寛容な参加者の皆様のおかげで、無事に郷 康広

終えることができました。領域会議はサイエンスの交流を第一目的

研究計画班 C01

ヒューマニエンス 40億年のたくらみ「“遺伝子” その多様性はガラクタから」

研究計画班 B01

2022年6月7日 河北新聞 「社交性の脳のメカニズム 解明に光」
2022年6月25日 仙台放送 「うつ症状のメカニズム解明へ 特徴的な「脳波パターン」とは…」
https://www.fnn.jp/articles/-/378177とした場ではありますが、ワークライフバランスや家族同伴とどのな意見や議論をしていただくことが一番有難いです。

https://www.nhk.jp/p/ts/X4VK5R2LR1/episode/te/JZ73ZRWGR7/
佐々木 拓哉ように相容れていくことができるか、ぜひ参加者の皆様からも様々なご意見をいただければと思います。実践をした我々としては、様々

Kobayashi Ke, Kato S, Kobayashi Ka.,
HiRet/NeuRet vectors: lentiviral system for highly efficient gene transfer through retrograde axonal transport.
In Neuromethods, Viral vectors for optogenetics and chemogenetics (ed. Eldridge, M.), vol. 195, chapter 2, pp.
Humana Press Inc., New York. in press.

図２ 会議内で研究者のワークライフバランスについて講演される
保育士の大久保遥先生

ニュース報道https://news.mynavi.jp/techplus/article/20220527-2353021/
久原 篤

公募研究班 A01

2022年9月16日 科学新聞 「温度変化に対応する線虫 神経細胞が腸の脂質量調整」
2022年10月21日 読売新聞 「気温変化から生命維持 線虫で仕組み解明」
2022年8月9日 環境情報メディア 環境展望台 「高等動物共通のメカニズムか？寒暖の記憶（脳）が脂肪量（腸）を変える！」
https://tenbou.nies.go.jp/news/jnews/detail.php?i=34243
2022年10月31日 Science Japan「Konan University clariUes that nematodes respond to temperature changes by regulating intestinal fat」
https://sj.jst.go.jp/news/202210/n1031-03k.html

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神経回路センサスに基づく適応機能の構築と遷移バイオメカニズム

適応回路センサスニュースレター第2号
発行日：令和５年１月３０日
編集人：藤山 文乃
発行人：礒村 宜和「適応回路センサス」領域事務局
東京医科歯科大学大学院医歯学総合研究科細胞生理学分野〒113-8519 東京都文京区湯島1-5-45 M&Dタワー17F
E-mail：acc-jimu.phy2＠tmd.ac.jp

https://ac-census.org/