自動追跡ロボット技術と超高速三次元イメージング技術の統合による脳動作原理の解明

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脳研究は現代生命科学における一大重要分野であるが、脳の動作原理の詳細は不明な点が多い。本研究では、米国コロンビア大学・Hillman教授らが開発した超高速三次元イメージング顕微鏡（SCAPEシステム）と、研究代表者・木村の自動追跡型ロボット顕微鏡を統合し、脳全体の神経細胞活動と行動を網羅的かつ自動的に計測する自動追跡型超高速三次元イメージングロボット顕微鏡を開発する。これにより、脳機能に重要な活動の伝達（活動カスケード）の全体像を解明することが可能になる。本研究で確立した手法をさらに発展させることで、カルシウムイメージング・高密度神経プローブ・機能的MRIなどによって高等動物やヒトの脳から得られた大規模神経活動データから重要な神経活動伝達経路を正確に推定する技術の開発にも貢献できる。当該年度は以下を行った。R4年3月に米国コロンビア大学Hillman研を訪問し、複数のSCAPE実機の見学を行った。また、未発表のSCAPEの詳細なパーツリストと組み立てプロトコルを入手した。また、SCAPE以外の先端的光学システムによる生体深部高速イメージング技術の検討も進めた。さらに、統合システムから得られるデータ処理の準備として、既に公開されているまたは我々自身が得た全脳神経活動データから重要な活動を抽出し、神経回路構造と対応させる解析手法の検討を進めた。具体的には、古典的な主成分分析や相関に基づいた階層的クラスタリングに加えて、先端的なニューラルネットワークによる解析も開始した。