適応行動の神経基盤

适应性行为的神经基础

基本信息

批准号：
22650038
负责人：
高橋宏知
金额：
$ 1.98万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research
财政年份：
2010
资助国家：
日本
起止时间：
2010 至无数据
项目状态：
已结题

项目摘要

シャーレの上に神経細胞を播種し培養すると,細胞は互いにコミュニケーションをとるようになり,自己組織的にネットワークを形成する.さらに,シャーレ上の培養神経回路は,外部刺激に対して,柔軟に活動を変化させる.このような特徴から,培養神経回路は,シンプルな脳のモデルとして注目されてきた.本研究では,培養神経回路においても,生存に不可欠な恒常性を維持するために,外部刺激に対する反応特性が獲得されるのではないかと考え,神経回路のネットワーク特性を調べたうえで,その神経活動パターンの制御を試みた.生理実験では,外部刺激なしで自発的に形成された神経回路を対象とした.まず,CMOSアレイ上で分散培養した神経回路において,各細胞の自発発火活動の測定データから機能的神経細胞ネットワークの特性を解析した.その結果,ネットワークの効率は,局所効率は高いものの,全体効率は低いことがわかった.これらは,分散培養系の自発発火活動の機能的ネットワークでは,in vivoより神経回路のスモールワールド性が弱い可能性を示す。次に,微小電極配列上で培養した細胞にチャネルロドプシン2を導入して光刺激を試みたところ,刺激に同期して回路全体の活動に変化が起きた.単一細胞に対して光刺激をすると,自発活動に比べて,回路全体の発火頻度は約3倍になった.さらに,4個の細胞に刺激を分散させた条件では,刺激頻度により,発火頻度を制御できた.このように,外部刺激なしで形成された培養神経回路は,ネットワークの全体効率が低いにもかかわらず,非常に限局された外部からの刺激に対して,非常に高い感度で反応できることがわかった.

当神经元在培养皿中播种并培养时，细胞开始相互通信并形成一个自组织的网络。此外，培养皿上的培养神经回路灵活地改变了其对外部刺激的活性。由于这些特征，培养的神经回路一直吸引着一个简单的大脑模型。在这项研究中，我们认为在培养的神经回路中，获得了对外部刺激的反应特征，以维持对生存至关重要的稳态，我们研究了神经回路的网络特征，并试图控制神经活动模式。在生理实验中，我们靶向没有外部刺激的自发形成的神经回路。首先，我们从分散在CMOS阵列上的神经回路中的每个细胞的自发性点火活性的测量数据中分析了功能性神经细胞网络的特征。结果，我们发现网络的效率是局部效率很高，但不是整体效率。这些是分布式培养系统中自发射击活动的功能网络。它表明，神经回路的小世界本质少于体内。接下来，当尝试通过在微电极阵列上培养的细胞中引入通道旋转2来尝试光刺激时，该电路的整体活性与刺激同步更改。当在单个单元上进行光刺激时，电路的总体发射频率比自发活动高三倍。此外，在刺激分散在四个单元上的情况下，可以通过刺激频率控制发射频率。因此，发现尽管网络的总体效率较低，但在没有外部刺激的情况下形成的培养神经回路对非常有限的外部刺激有很高的敏感性。

项目成果

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专利数量（0）

Novel neuronal cellular and network measurements enabled by a high-density 11,011-electrode CMOS array

高密度 11,011 电极 CMOS 阵列实现新型神经元细胞和网络测量

DOI：
发表时间：
2010
期刊：
Proceedings of the 7th International Meeting on Substrate-Integrated Micro Electrode Arrays
影响因子：
0
作者：
Douglas J Bakkum;Urs Frey;Jan Mueller;Michele Fiscella;Hirokazu Takahashi;Andreas Hierlemann
通讯作者：
Andreas Hierlemann

チャネルロドプシンを発現させた培養神経回路の光制御

表达视紫红质的培养神经回路的光学控制

DOI：
发表时间：
2011
期刊：
影响因子：
0
作者：
酒井秀夫;棚田法男;櫻井健志;Douglas Bakkum;神崎亮平;高橋宏知
通讯作者：
高橋宏知

高密度CMOSアレイ上の培養神経回路の細胞間機能結合の解析

高密度 CMOS 阵列上培养的神经回路中细胞间功能连接的分析

DOI：
发表时间：
2010
期刊：
第25回生体・生理工学シンポジウム(BPES2010)論文集
影响因子：
0
作者：
三田毅;Douglas J Bakkum;Urs Frey;Andreas Hierlemam;神崎亮平;高橋宏知
通讯作者：
高橋宏知

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通讯作者：
小野公輔