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助成番号 170456
研 究 成 果 報 告 書（国立情報学研究所の民間助成研究成果概要データベース・登録原稿）
研究テーマ（和文） ＡＢ

光遺伝学を用いた複数脳領域における特定神経細胞集団の完全自動化探索に関する研究

研究テーマ（欧文） ＡＺ

Development of A Fully Automated Multi-Regional Single-Unit Recording Device Using
Optogenetics

研究氏
代表名者

ｶﾀｶﾅ ＣＣ姓） ヤマモト

漢字 ＣＢ
ﾛｰﾏ字 ＣＺ

研究代表者 ＣＤ
所属機関・職名

ジュン

研究期間 Ｂ

２０１７ ～ ２０１８ 年

山本純

報告年度 ＹR

２０１８ 年

YamamotoJun

研究機関名名）テキサス大学 サウスウェスタン・メディカルセンター
アシスタント・プロフェッサー

Univ. Texas Southwestern
Medical Center
精神科 精神神経科学部門

概要 ＥＡ (600 字～800 字程度にまとめてください。)
高次脳機能である記憶・学習や行動の意思決定などの脳内ダイナミクスを明らかにするため、脳神経細胞をネットワークレベルで調べる研究手法に加え、近年では光遺伝学を組み合わせて事象の因果関係を解き明かそうとする研究が盛んに進められている。本研究では独自に開発・運用してきた高精度電動マイクロドライブシステムを応用し、光遺伝学的手法により光操作が可能となった特異的細胞集団の完全自動探索システムを構築を目指した。
そのシステム構築の前駆段階として、本研究助成では実際に自由行動下のマウスに複数領野の大規模同時計測および光遺伝学を行う光ファイバーの集積が可能なのかを実施・検証した。既存のマイクロドライブシステムでは通常、単一の電極タイプに限られ、記録したい脳部位の細胞密度や配列に必ずしもその電極タイプが最適であるとは言えない点が問題であった。さらに複数領野の大規模同時記録と光遺伝学を同時に行えるマイクロドライブシステムは商品化されておらず、これらの問題点を克服した。
本研究助成で新たに設計・開発したマイクロドライブシステムでは、独立に位置制御可能な 32 チャンネルのワイヤー電極（8 テトロード相当）を背側海馬 CA1 領域へ、さらに 32 チャンネルの光遺伝学仕様のリニアシリコン電極を内側嗅内皮質領野へ、合計 64 チャンネルの高密度記録電極をわずか 5 グラム足らずのマイクロドライブに搭載することに成功した。この新開発のマイクロドライブでは、3D プリンティング手法により、他の研究者が自由に記録部位や使用電極を選択できるように自由度を持たせてあるのが特徴である。
さらに本研究助成期間中に、実際に複数のマウスに装着し自由に行動可能か、それぞれの電極から有効な神経活動が記録可能か、光遺伝学を実施可能かを検証することに成功した。また一般的に高価といわれるシリコン電極の回収・再利用も可能であるということが実証されたことも大きな成果である。

キーワード ＦＡ

大規模神経活動記録

光遺伝学

覚醒自由行動下（以下は記入しないでください。）
助成財団ｺｰﾄﾞ ＴＡ

研究課題番号 ＡＡ

研究機関番号 ＡＣ

シート番号

- 1 -

マウス

発表文献（この研究を発表した雑誌・図書について記入してください。）
論文標題ＧＢ

Hybrid Microdrive System with Recoverable Opto-Silicon Probe and Tetrode for Dual-Site HighDensity Recording in Freely-Moving Mice

著者名 ＧＡ

H.O., T.K., and 雑誌名 ＧＣ
Jun Yamamoto

雑誌

ページ ＧＦ～

Journal of Visualized Experiments (JoVE)発行年 ＧＥ

巻号 ＧＤ

Under Review

論文標題ＧＢ
雑誌

著者名 ＧＡ
ページ ＧＦ

雑誌名 ＧＣ～発行年 ＧＥ

巻号 ＧＤ

論文標題ＧＢ
雑誌

著者名 ＧＡ
ページ ＧＦ

雑誌名 ＧＣ～発行年 ＧＥ

巻号 ＧＤ

発行年 ＨＤ

総ﾍﾟｰｼﾞ ＨＥ

発行年 ＨＤ

総ﾍﾟｰｼﾞ ＨＥ

著者名 ＨＡ
図書

書名 ＨＣ
出版者 ＨＢ
著者名 ＨＡ

図書

書名 ＨＣ
出版者 ＨＢ

欧文概要 ＥＺ
Multi regional neural recordings can provide crucial information to understand fine-timescale interaction between
multiple brain regions. However, conventional microdrive designs often allow the use of only one type of electrodeto record from single or multiple regions, limiting the yield of single-unit or depth profile recordings. It also often
limits the ability to combine electrode recordings with optogenetic tools to target pathway and/or cell type specificactivity. Here, we present a hybrid microdrive array for freely-moving mice to optimize yield and describe theprotocols for its fabrication and for the reuse of the microdrive array. The current design employs nine tetrodes
and one opto-silicon probe to be implanted in two different brain areas simultaneously in freely-moving mice. The
tetrodes and the opto-silicon probe are independently adjustable along the dorsoventral axis in the brain to
maximize the yield of unit and oscillatory activities. Our microdrive array also incorporates a setup for light,
mediating optogenetic manipulation to investigate the regional or cell type specific responses and functions oflong-range neural circuits. In addition, the opto-silicon probe can be safely recovered and reused after eachexperiment. Because the microdrive array consists of 3D-printed parts, the design of microdrive can be easily
modified to accommodate various settings. We first describe the design of our microdrive array, how to attach theoptical fiber to the silicon probe for optogenetics experiments followed by fabrication of the tetrode bundle, andimplantation of the microdrive array into the mouse brain. The recordings of local field potential and unit spiking
together with optogenetic stimulation also demonstrate the feasibility of the microdrive array system infreely-moving mice.

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