適応行動の神経基盤

适应性行为的神经基础

• 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
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22650038/
• 关键词: 神経回路; 恒常性; 可塑性; 微小電極; 生体計測; 複雑ネットワーク; チャネルロドプシン; カルシウムイメージング

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.

The cells were seeded and cultured. In response to external stimuli, soft tissue activity changes in the cultured neurocircuitry. The characteristics of this phenomenon are different, and the culture of the brain circuit is different. In this study, we try to maintain the steadyness of the cultured neural circuit, and to obtain the response characteristics of the external stimulus, and to modulate the response characteristics of the neural circuit and control the neural activity. Physiological response, external stimuli, spontaneous formation of the nervous circuit response. In this paper, the characteristics of the neurocyte growth and development of the cell function were analyzed by measuring the spontaneous activity of each cell in the neurocyte circuit after dispersion culture on CMOS. As a result, the efficiency of the bureau is high, and the overall efficiency is low. Therefore, the possibility of developing the function of spontaneous fire activity in the dispersion culture system in vivo is shown. Next, the microelectrode array is used to culture the cells and stimulate the whole activity of the circuit. The frequency of spontaneous activity in a single cell is about 3 times higher than that in the whole circuit. In addition, the stimulation of 4 cells was distributed under different conditions, and the stimulation frequency was controlled. The external stimulus is formed in the culture of the neural circuit, and the overall efficiency of the organism is low, very limited, and the external stimulus is very high.

项目成果

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

• 发表时间: 2010
• 期刊: Proceedings of the 7th International Meeting on Substrate-Integrated Micro Electrode Arrays
• 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

• 发表时间: 2011
• 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

• 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
• 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