礒村 宜和

シナプス光遺伝学を用いた脳領域間シグナル伝播機構の解明

研究代表者

礒村 宜和

主たる共同研究者

大塚 稔久	山梨大学 大学院総合研究部　教授
渡部 文子	東京慈恵会医科大学 総合医科学研究センター・臨床医学研究所　教授

研究概要

プレシナプス分子機構を制御する光刺激/光抑制技術を開発し、従来は不可能であった広範囲の脳領域間の神経信号の伝達を極めて高い時空間精度（細胞単位・ミリ秒単位）で追跡できるプレシナプスMulti-Linc法を確立します。この研究により、全脳的な機能的情報の流れを把握する戦略を拓くとともに、シナプス伝達の分子機構から行動発現の回路機構まで幅広い研究分野に新たな展開をもたらすことを示します。

小澤 岳昌

定量的光操作と計測技術を基軸とする生体深部の細胞応答ダイナミクスの解析

研究代表者

小澤 岳昌

主たる共同研究者

今吉 格	京都大学 大学院生命科学研究科　教授
榎本 和生	東京大学 大学院理学系研究科　教授
久保田 浩行	九州大学 生体防御医学研究所　教授
島田 林太郎	青山学院大学 理工学部　助教

研究概要

本研究では生体深部の細胞応答ダイナミクスを解析する革新的技術開発を目的として,遺伝子発現,増殖因子,キナーゼや細胞膜レセプター活性を,近赤外光により定量的に制御する技術を開発します.光操作と同時にアウトプットシグナルを,蛍光・発光・ラマン散乱により検出するプラットフォームを構築します.開発する技術を用いて,マウスを対象とした代謝調節と神経幹細胞分化の動的メカニズムの解明を目指します.

神取 秀樹

細胞内二次メッセンジャーの光操作開発と応用

研究代表者

神取 秀樹

主たる共同研究者

寺北 明久	大阪公立大学 大学院理学研究科　教授
日比 正彦	名古屋大学 大学院理学研究科　教授
山下 高廣	京都大学 大学院理学研究科　講師

研究概要

本研究では、Ca2+や環状ヌクレオチドといった二次メッセンジャーの濃度を光で自在に制御するツールを開発します。微生物ロドプシンを用いたCa2+チャネルやポンプ、環状ヌクレオチドを増減させる光活性化酵素、GPCRである動物ロドプシンやこれらの変異体が実際に開発するツールであり、これらを用いてゼブラフィッシュ小脳神経回路を光操作することにより、運動学習および恐怖応答学習における新たな知見を得ます。

野田 昌晴

オプトバイオロジーの開発による体液恒常性と血圧調節を司る脳内機構の解明

研究代表者

野田 昌晴

主たる共同研究者

大倉 正道	九州保健福祉大学 大学院医療薬学研究科　教授
亀井 保博	自然科学研究機構 基礎生物学研究所　特任准教授
作田 拓	自然科学研究機構 基礎生物学研究所　助教

研究概要

脳は常に体液（血液や脳脊髄液）の状態をモニターしており、その情報に基づいて水分/塩分の摂取行動や血圧の制御を司っています。しかし、その詳しいメカニズムはわかっていません。 本研究では「近赤外光による遺伝子発現制御法」と色変換型Ca2+インジケーターによる「マルチファイバー解析法」を開発するとともに、「神経路選択的遺伝子導入法」を用いて、体液恒常性や血圧調節を担う脳内機構と神経回路を明らかにします。

和氣 弘明

ホログラム光刺激による神経回路再編の人為的創出

研究代表者

和氣 弘明

主たる共同研究者

平等 拓範	自然科学研究機構 分子科学研究所　特任教授
鍋倉 淳一	自然科学研究機構 生理学研究所　所長
的場 修	神戸大学 大学院システム情報学研究科　教授

研究概要

ヒトの生命活動は外環境からの情報受容と、それに対する機能的な応答に集約されます。本研究ではパルスレーザーを光源とし、投影素子を用いたホログラムを組み合わせることで高速立体光刺激の生体応用を最適化し、グリア細胞と神経細胞・シナプスの多点高速刺激を実現します。本システムを利用して、大脳皮質感覚野において感覚記憶や感覚学習に必要な神経回路活動の人為的操作など、高次脳機能を操作することに挑戦します。

渡邉 大

自由行動下での神経情報操作・解読技術の開発と意思決定の神経基盤解明への応用

研究代表者

渡邉 大

主たる共同研究者

石川 正俊

東京大学 情報基盤センター　特任教授

研究概要

脳は極めて多様な神経細胞から構成されており、また個々の細胞特性は適応的・可塑的に変化します。このように不均一かつダイナミックに変化する細胞集団により実現される脳機能を理解するために、単一細胞の精度をもつ多機能イメージングと高精度の光操作を可能とする内視顕微鏡技術を開発します。さらに低侵襲かつ脳深部にアクセス可能な本技術を駆使して、自由行動下での意思決定の神経基盤の解明にチャレンジします。