ヒル神経系の大規模な機能的コネクトームを利用した多機能性回路ネットワークの解析

利用水蛭神经系统大规模功能连接组分析多功能电路网络

• 批准号: 21K15139
• 负责人: 冨菜 雄介
• 金额: $ 2.91万
• 依托单位: Hokkaido University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2026-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K15139/
• 关键词: 膜電位イメージング; コネクトーム; 環形動物; 神経生理; ニューロン; 多機能性神経回路; 無脊椎動物; ヒル; 多機能回路; シナプス; 神経回路; 画像解析; 電気生理学

本研究では「生理学的知見と解剖学的知見の“直接的”な融合」という視点に立ち、複数の行動や知覚において関わる多機能性神経回路の機能を支えるメカニズムの生物学的理解を目指す。そのために、神経回路レベルでの解析において類い希な有利性をもつヒルをモデルとして、先行研究で得られた機能的コネクトームデータを活用する。具体的には、遊泳と這行の2種類の移動行動に焦点を当て、「多機能性ニューロン群の各行動に対応したシナプス電位統合部位を有する」という仮説を検証する。本研究計画では、まずはヒル神経系の機能的コネクトームデータを利用して多機能性神経回路の構成要素について探索を行い、次にそのデータ に基づいた実験・理論的な研究を行う。本研究で明らかにする範囲は、多機能性ニューロン群の神経突起上におけるシナプスの空間分布と、その解剖学的特性が有する生理学的機能である。大容量データのハンドリングには、解析対象のデータにのみ素早くアクセスし、それを高速で読み出すソフトウェアが必要であったため、カリフォルニア工科大学のWagenaar教授とディスカッションを行い、彼が作成したSBEMViewerおよびその周辺ソフトウェアを利用し、既存の深層学習画像解析ソフトウェアAIVVIAとの連携を図るに至っている。これに加えて、単一ニューロン神経突起膜電位イメージングを実現するため、超高速ライトシート顕微鏡(ニコンイメージングセンター・三上秀治教授主導で開発)の適用における条件検討を行うとともに、ノイズ除去・高分解能化のための深層学習解析の導入を行ってきた。顕微鏡の撮像アルゴリズムの改良のためのトラブルシューティングに時間を要したものの、線虫・ゼブラフィッシュなどモデル動物における利活用において一定の成果を得て、学会発表に至った。

This study aims at "direct fusion" of physiological knowledge and anatomical knowledge, and biological understanding of the functions of multifunctional neurocircuits from perspectives and actions. In addition, the analysis of the mental circuit is carried out in order to obtain the advantage of the function of the computer. Specifically, the focus of the two types of mobile actions in swimming and swimming should be considered, and the potential integration part of the multi-functional group should be identified. This research plan is to explore the functional components of the multi-functional neurologic circuit, and to conduct theoretical research on the functional components of the neurologic circuit. The present study demonstrates the spatial distribution, anatomical characteristics and physiological functions of multifunctional neurotransmitters. High capacity digital image analysis system requires high speed digital image analysis system. Professor Wagenaar of the University of Engineering has developed a digital image analysis system that utilizes existing digital image analysis systems. The application of ultra-high-speed micromirrors (developed by Professor Hideji Mitsugami) to the study of conditions for deep learning analysis, such as removal, high resolution energy, etc. The improvement of micro-mirror image capture system is based on the study of time, thread, animal, and utilization of certain achievements.

项目成果

In vivo 超高速３次元撮像法によるゼブラフィッシュ心臓の膜電位動態の解析

利用活体超高速 3D 成像方法分析斑马鱼心脏膜电位动态

• 发表时间: 2021
• 作者: 冨菜雄介;小谷友也
• 通讯作者: 小谷友也

Researchmap

研究地图

High-Speed Light-Sheet Microscopy Using Scanned Multi-Plane Imaging

使用扫描多平面成像的高速光片显微镜

• 发表时间: 2022
• 作者: Y. Tomina;Y. Toyoshima;H. Shishido;K. Mukumoto;K. Sato;Y Murakami;S. Oe;T. Ishihara;K. Goda;Y. Iino;H. Mikami
• 通讯作者: H. Mikami

医用ビルを用いた膜電位イメージング-電子顕微鏡相関法による機能的コネクトームの実現

利用医疗大楼的膜电位成像-电镜相关法实现功能性连接体

• 发表时间: 2022
• 作者: 冨菜雄介

Real-time volumetric neural recoding by high-speed light-sheet microscopy

通过高速光片显微镜进行实时体积神经记录

• 发表时间: 2022
• 作者: Yusuke Tomina;Hikaru Shishido;Kazuki Mukumoto;Yu Toyoshima;Yuichi Iino;Yuko Murakami;Suzu Oe;Takeshi Ishihara;Hideharu Mikami
• 通讯作者: Hideharu Mikami