2光子顕微鏡を用いた自然刺激による覚醒動物のスパイン可塑性の研究

使用双光子显微镜研究自然刺激清醒动物的脊柱可塑性

• 批准号: 11J04698
• 负责人: 福田 正裕
• 金额: $ 0.9万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2011
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2011 至 2012
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-11J04698/
• 关键词: 2光子顕微鏡; 行動実験; in vivo imaging; カルシウムイメージング; in vivoイメージング; シナプス可塑性; アデノ随伴ウイルス

本研究の目的は2光子顕微鏡を用いて覚醒動物の自然刺激による大脳のシナプス形態可塑性をリアルタイムに観察し、認知学習過程におけるシナプスの形態変化すなわちシナプスの「運動」を可視化しその性質および生理的基盤を解明することである。報告者は現在までに数多くの覚醒動物において長期間シナプスのイメージングを実行し、それらがどのような運動を示すのかについてデータを蓄積しており、スパインの運動には複数の種類が存在するが主なものとして3種類enlarge,shrinkage,twitchingが挙げられることを見出し、それらの空間的な分布および時間的変化を調べた。さらに麻酔状態と覚醒状態においてスパインの運動には有意に差があることを見出しており、これらのスパインの運動の違いには神経細胞集団の活動が大きな役割を果たしていると推測している。昨年度までに2光子顕微鏡下においてマウスが頭部固定状態で遂行できるオペラント条件付けの訓練系を開発し、件付け・行動中にシナプスレベルのイメージングを行うことで、学習および認知活動に伴うシナプスの変化を観察している。この時に、観察している細胞に対する適刺激が存在しなければ、覚醒状態かつ認知活動中といえどもスパインの運動が生じないことを発見した。これから覚醒状態における神経細胞への個々の入力パターンがスパイン運動に重要な役割を果たしていることが推測される。現在は国立精神神経センター武田先生・岡田先生の監督下に作成したアデノ随伴ウイルスを用いてカルシウム指示タンパク(Yellow Cameleon 2.60)を神経細胞に導入し、細胞の活動およびスパインのカルシウムシグナルを取得し、神経細胞への入力パターンを調べているところである。

这项研究的目的是实时观察使用两光子显微镜在唤醒动物中自然刺激引起的大脑的突触形态可塑性，可视化突触的形态变化，即突触的“运动”在认知学习过程中的“运动”，并阐明其性质和生理学基础。迄今为止，记者已经在许多觉醒的动物中进行了长期的突触成像，并积累了有关其展示运动的数据，并发现脊柱运动有多种类型，但是主要类型是扩大，收缩和抽搐，并检查了其空间分布和时间变化。此外，我们发现麻醉和觉醒状态之间的脊柱运动存在显着差异，我们推测神经元细胞群体的活性在脊柱运动的差异中起着重要作用。直到去年，我们已经开发了一种用于操作调节的训练系统，该系统允许小鼠在两光子显微镜下以头部固定状态进行操作，并通过在受试者和行为过程中执行突触级成像，我们观察到与学习和认知活动相关的突触状况的变化。目前，发现如果没有观察到的细胞有适当的刺激，脊柱运动也不会发生，即使它们醒着并且处于认知活性。现在据推测，在清醒状态下对神经元的单个输入模式在脊柱运动中起着重要作用。目前，在甲状腺神和冈田博士的监督下创建了与腺相关的病毒，国家神经病学和神经精神科中心的监督，钙指示剂蛋白（黄色Cameleon 2.60）被引入神经元中，从刺激中获得细胞活性和钙信号，并检查输入模式，并检查神经元的神经元。