新規の光刺激法による非侵襲・生理的条件下における中枢神経シナプス長期可塑性の研究

使用新型光刺激方法研究非侵入性生理条件下中枢神经突触的长期可塑性

• 批准号: 20021008
• 负责人: 松崎 政紀
• 金额: $ 4.42万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• 财政年份: 2008
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2008 至 2009
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20021008/
• 关键词: 脳・神経; 神経科学; 高性能レーザー

本研究課題は、大脳皮質でのシナプス可塑性を単一シナプスレベルで、非侵襲かつ限りなく生理的条件に近い状態で明らかにすることを目的とする。本研究では、我々はこれまで、独自に開発した2重2光子励起顕微鏡を用いて、海馬CA1錐体細胞の細胞に電極をあてることなく、光を使ってシナプス後細胞の活動電位を誘発し、これと単一シナプス後部スパインに対するケイジドグルタミン酸の2光子刺激を組み合わせる系を開発した。しかしこの系ではシナプス前細胞は刺激されていない。そこで、光感受性カチオンチャネルであるチャネルロドプシン-2 (ChR2)を神経細胞に発現させ、この軸索を青色レーザー照射することで、活動電位を誘発できるようにし、これとシナプス後細胞の活動電位誘発を組み合わせることで、これらの細胞間のシナプス後部スパイン特異的に頭部増大を誘発することができるようになった。さらにChR2が神経細胞で発現する個体マウスの大脳皮質を光照射することで、個体動物の3大脳神経細胞で活動電位を高速に誘発できるようになった。またシナプスは興奮性と抑制性に大きく分けられるが、これまでは興奮性シナプスに研究を集中してきた。そこで、ケイジドGABAを新規に開発することによって、抑制性シナプスの刺激を単一シナプスレベルで2光子刺激することを可能とした。これを組み合わせることで、抑制性シナプスの活性化を考慮にいれた、より生理的な単一シナプス可塑性を研究できるようになった。

The purpose of this study is to investigate the plasticity of the cortex in a single, non-invasive, physiological condition. In this study, we independently developed a system of two-photon excitation of hippocampal CA1 pyramidal cells using a two-photon microscope to induce cell activity potential after light exposure, and a two-photon excitation of hippocampal CA1 pyramidal cells using a two-photon microscope. This is the first time that a cell has been stimulated. The photosensitivity of the cell is detected in the brain cell, and the axis is irradiated with cyan light. The activity potential of the cell is induced in the brain cell. The activity potential of the cell is induced in the brain cell. ChR2 neurons are produced in the cortex of an individual by light irradiation, and in the cortex of an individual animal by high-speed induction of activity potentials in three major neurons. The research on excitability and inhibition is concentrated. The new regulation of GABA is based on the following: The study of inhibitory factors and their activation, physiological factors and plasticity

项目成果

Transcranial optigenetic stimulation of the mouse motor cortex

小鼠运动皮层的经颅光遗传学刺激

• 发表时间: 2009
• 作者: 中村匡徳;別所貞雄;和田成生;Matsuzaki M.
• 通讯作者: Matsuzaki M.

Optical Stimulation of synapses and neurons

突触和神经元的光学刺激

• 发表时间: 2009
• 作者: Y.Vachutinsky;N.Nishiyama;et al.;Nakamura M;Matsuzaki M.
• 通讯作者: Matsuzaki M.

Principles of long-term dynamics of dendritic spines.

• DOI: 10.1523/jneurosci.0603-08.2008
• 发表时间: 2008-12-10
• 期刊: The Journal of neuroscience : the official journal of the Society for Neuroscience
• 作者: Yasumatsu N;Matsuzaki M;Miyazaki T;Noguchi J;Kasai H
• 通讯作者: Kasai H

Transcranial optogenetic stimulation for functional mapping of the motor cortex

• DOI: 10.1016/j.jneumeth.2009.02.001
• 发表时间: 2009-05-15
• 期刊: JOURNAL OF NEUROSCIENCE METHODS
• 影响因子: 3
• 作者: Hira, Riichiro;Honkura, Naoki;Matsuzaki, Masanori
• 通讯作者: Matsuzaki, Masanori

Two-color, two-photon uncaging of glutamate and GABA.

• DOI: 10.1038/nmeth.1413
• 发表时间: 2010-02
• 期刊: NATURE METHODS
• 影响因子: 48
• 作者: Kantevari, Srinivas;Matsuzaki, Masanori;Kanemoto, Yuya;Kasai, Haruo;Ellis-Davies, Graham C. R.
• 通讯作者: Ellis-Davies, Graham C. R.