Holographic microscopy sheds light on the mechanism of odor information integration in the olfactory cortex

全息显微镜揭示了嗅觉皮层气味信息整合的机制

• 批准号: 22KJ1544
• 负责人: 谷隅 勇太
• 金额: $ 3.33万
• 依托单位: Nagoya University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2023
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2023-03-08 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22KJ1544/
• 关键词: 2光子顕微鏡; オプトジェネティクス; ホログラフィック顕微鏡; 感覚皮質; 連合学習; セル・アセンブリ

脳を構成する神経細胞は，然るべき瞬間に秩序立った信号を繰り返し奏でることで，動物の柔軟な知覚学習機能を成立させる．このメカニズム解明は生命現象の理解に必須であるが，ミリ秒レベルでの神経時系列変化と，学習に伴う動物の行動変化との因果関係を調べる実験系は未発達かつ精度が足りない．そこで本研究では，神経計測をしながら，個々の活動をミリ秒スケールで操作可能なホログラフィック顕微鏡技術を用いることで，局所回路の時空間活動パターンと動物の行動との因果関係を解明することを目標にした．本年度は主に以下２項目に取り組んだ．1) 神経活動操作および行動データ取得基盤の構築：生理学研究所にて，新たなホログラフィック顕微鏡システムの構築を行った．マウスを用いて，感覚刺激と報酬の連合学習系を2光子顕微鏡下に構築し，行動タスク中の任意のタイミングで，特定の細胞を任意の時空間活動パターンで活性化させるシステムに関して，ハードウェアおよびソフトウェア開発を行った．顕微鏡視野内の細胞を自動抽出し，光刺激可能細胞・行動タスクイベント応答細胞のラベル付けを行うシステムの整備を完了させた．今後，特定の行動と，人工的に発生させた時空間活動パターンを連合学習させた後，活動パターンを規則的に崩すことで，知覚成立に必要な活動要素の時空間分解能を明らかにする．2) ホログラフィック顕微鏡システムで得たカルシウムイメージングデータ解析・応用：学習行動中および光刺激中のマウスから，ニューロンのカルシウムイメージングデータを取得して解析した．ホログラフィック顕微鏡システムを通じて，節水したマウスに「数十個の細胞群（セル・アセンブリ）を光活性した後，舌なめ行動をすることで水報酬が得られる」行動を学習させることに成功した．学習後，光活性させる細胞数を徐々に減らし，細胞数と知覚度の関係を表す知覚検出曲線を計算するシステムを構築した．

The brain cells that make up the animal's soft tissue are activated. This paper explains the necessity of understanding life phenomena, the change of mental time series, the change of animal behavior and the adjustment of causal relationship, and the system has not yet reached the accuracy. In this study, the temporal spatial activity of the local loop and the causal relationship between the animal's behavior and its behavior were investigated. This year, the following 2 projects were selected: 1) Construction of the base plate for neuroactivity operation and action: Construction of the new micro-mirror system in the Institute of Physiology. The system of sensory stimulation and reward is constructed under a 2-photon microscope, and any cell in the mobile state is activated at any time and space. The cells in the microscopic field of view are automatically extracted, and light stimulation may be performed on the cells. In the future, specific actions, artificial generation, time and space activities, after joint learning, activities, rules, knowledge, establishment, time and space decomposition of essential activity elements, can be clearly identified. 2) Microscope analysis: Learning action in the light stimulation of its rise, rise, fall, fall The micro-mirror is connected to the light source, and the light source is connected to the light source. After learning, the number of cells decreased gradually, and the relationship between the number of cells and the degree of knowledge was calculated.

项目成果

Evaluation and Manipulation of Neural Activity using Two-Photon Holographic Microscopy

使用双光子全息显微镜评估和操纵神经活动

• DOI: 10.3791/64205
• 发表时间: 2022
• 期刊: Journal of Visualized Experiments
• 作者: Kato Daisuke;Quan Xiangyu;Tanisumi Yuta;Guo Zhongtian;Morita Mitsuhiro;Takiguchi Tetsuya;Matoba Osamu;Wake Hiroaki
• 通讯作者: Wake Hiroaki