公募研究

A01: ヒトにおける「個性」創発とその基盤的研究

VMAT1変異と体験が情動の個性に及ぼす影響:マルチスケールアプローチによる解明

写真:河田 雅圭
研究代表者

東北大学大学院生命科学研究科
教授 河田 雅圭

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代表メッセージ

ヒトを特徴づける社会的な行動や高度な認知機能の進化が、高次脳機能障害である精神疾患を生んだという可能性が指摘されています。また、統合失調症をはじめとする精神疾患の多くに影響する遺伝子の中には、集団内に高い頻度で多型として維持されているものが多く、ヒトの多様な精神的個性に貢献しています。そこで、私たちは、人類の進化過程で自然選択により適応的な進化を経験し、かつ集団中に積極的に維持されている精神疾患リスクアリルを追うことで、人類特有の精神的特徴とその個性がいかに生まれ、維持されているかに迫れると考えました。これまでの研究で、精神疾患関連遺伝子1003個のうち、小胞モノアミントランスポーター1(VMAT1)遺伝子に生じたヒト系統特異的なアミノ酸配列の変化が、自然選択により生じたものであり、人類の精神機能の進化に大きな役割を果たした可能性が示唆されました。公募研究では、この遺伝子多型がなぜ集団中に維持されているのかを、東北メディカル・メガバンク機構の大規模データを用いて解析すると同時に、将来的には、ゲノム編集をはじめとする変異導入技術を用いて、各遺伝子型のトランスポーター活性や、マウス脳内でのモノアミン動態および個体の行動パターンを解析するなどして、この多型が表現型に与える影響について総合的に解明したいと考えています。この研究を通して、個性の遺伝的・生理的学的機構だけでなく、なぜ個性が生じ維持されているのかという進化学の視点からアプローチをしたいと考えています。

  • 研究代表者
    教授河田 雅圭

    東北大学大学院生命科学研究科

    専門分野:
    進化生物学

    Eメールアドレス:
    kawata*m.tohoku.ac.jp
    (*を@に置き換えてください)

    URL:
    http://meme.biology.tohoku.ac.jp/klabo-wiki/

代表者の主要論文
  • Takahashi, Y., Y. Suyama, Y. Matsuki, R. Funayama, K. Nakayama and M. Kawata. Lack of genetic variation prevents adaptation at the geographic range margin in a damselfly. Molecular Ecology 25 , 4450-4460, 2016
  • Akashi, H. D., A. Cadiz, S. Shigenobu, T. Makino and M. Kawata. Differentially expressed genes associated with adaptation to different thermal environments in three sympatric Cuban Anolis lizards. Molecular Ecology, 25, 2273-2285, 2016
  • Wallberg, A., F. Han, G. Wellhagen, B. Dahle, M. Kawata, N. Haddad, Z. L. P. Simões,, M. H. Allsopp, I. Kandemir, P. D. la Rúa, C.W. Pirk, and M. T. Webster. A worldwide survey of genome sequence variation provides insight into the evolutionary history of the honeybee Apis mellifera. Nature Genetics 46, 1081–1088, 2014
  • Takahashi, Y., K. Kagawa, E. I. Svensson and M. Kawata. Evolution of increased phenotypic diversity enhances population performance by reducing sexual harassment in damselflies. Nature Communications 5, 4468, 2014
  • Tamate, S., M. Kawata and T. MakinoContribution of non-ohnologous duplicated genes to high habitat variability in mammals. Molecular Biology and Evolution 31 ,1779-1786, 2014
  • Tezuka, A., S. Kasagi, C. van Oosterhout, M. McMullan?, W. M. Iwasaki, D. Kasai, M. Yamamichi, H. Innan, S. Kawamura, and M. Kawata. Divergent selection on opsin gene variation in guppy (Poecilia reticulata) populations of Trinidad and Tobago. Heredity 113, 381–389, 2014
  • Makino, T., McLysaght, A. and M. Kawata. Genome-wide deserts for copy number variation in vertebrates. Nature Communications 4:2283, 2013
  • Makino, T. and M. Kawata. Habitat variability correlates with duplicate content of Drosophilagenomes. Molecular Biology and Evolution, 29, 3169-3179, 2014
  • Bridle, J. R., J. Polechova, M. Kawata, R. K. Butlin (2010) Why is adaptation prevented at ecological margins? New insights from individual-based simulations. Ecology Letters 13, 485-494, 2010.
  • Tsuda, E. M. and M. Kawata (2010) Evolution of gene regulatory networks by fluctuating selection and intrinsic constraints. PLoS Computational Biology 6(8): e1000873, 2010

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行動・脳機構・遺伝子の包括的個人差モデルと個性の描出

写真:地村 弘二
研究代表者

慶應義塾大学理工学部生命情報学科
准教授 地村 弘二

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代表メッセージ

ヒトの精緻な心理機能が脳にどのように実装されているのかを理解したいと思っています.この疑問を解くために,これまで非侵襲脳機能計測を用いて行動と脳機能の関連を調べてきました.とりわけ,実行制御や意思決定など,ヒトで発達しているとされる心理機能に着目し,行動課題遂行中のヒト脳を機能的MRIで撮像して大域的な脳機構を調べてきました.そして,個々人の心理機能の特徴が行動に反映されているとすれば,行動と脳機能の個人差を解析することにより,ヒトに特有な脳機構を詳細に理解できるのではないかと考えてきました.
仮説を立て,検証するための行動課題をデザインし,脳機能画像実験と心理検査を実施して,脳活動と行動特徴の個人差を解析するというこれまでの枠組みは,特異的な心理機能を調べるにはある程度強力だと思います.しかし,検証できる仮説と収集できる標本数には限りがあり,信頼性や検出力に限界があります.そこで本研究課題では,心理検査と脳機能計測実験を一貫した個人に対して実施した大標本オープンリソースを用いて,高い検出力と信頼性で個人差を解析する計画です.さらに遺伝情報を組み合わせることにより,行動・脳から遺伝子までを説明できるモデルを推定したいと考えています.そして,従来の手法で解析されてきた脳と心理機能の個人差について新しい理解を提供し,個性の描出に貢献したいと思っています.

  • 研究代表者
    准教授地村 弘二

    慶應義塾大学理工学部生命情報学科

    専門分野:
    認知神経科学, 神経情報学

    Eメールアドレス:
    jimura*bio.keio.ac.jp
    (*を@に置き換えてください)

    URL:
    http://ja.jimuralab.org/

代表者の主要論文
  • Jimura K, Chushak MS, Westbrook A, Braver TS: Intertemporal decision-making involves prefrontal control mechanisms associated with working memory. Cerebral Cortex, doi:10.1093/cercor/bhx015, 2017.
  • Jimura K, Hirose S, Kumimatsu K, Ohtomo K, Koike Y, Konishi S: Late enhancement of brain-behavior correlations during response inhibition. Neuroscience, 274, 383-392, 2014.
  • Jimura K, Cazalis F, Stover ER, Poldrack RA: The neural basis of task switching changes with skill acquisition. Frontiers in Human Neuroscience, 8, 339, 2014.
  • Jimura K, Chushak SM, Braver TS: Impulsivity and self-control during intertemporal decision-making linked to the neural dynamics of reward value representation. Journal of Neuroscience, 33, 344-357, 2013.
  • Jimura K, Poldrack RA: Analyses of regional-average activation and multivoxel pattern information tell complementary stories. Neuropsychologia, 50, 544-552, 2012.
  • Jimura K, Myerson J, Hilgard J, Keighley J, Braver TS, Green L: Domain independence and stability in young and old adults’ discounting of delayed rewards. Behavioural Processes, 87, 253-259 2011.
  • Jimura K, Braver TS: Age-related brain activity dynamics during task switching. Cerebral Cortex, 20, 1420-1431 2010.
  • Jimura K, Locke HS, Braver TS: Prefrontal cortex mediation of cognitive enhancement in rewarding motivational contexts. Proceedings of National Academy Sciences of the USA, 107, 8871-8876, 2010.
  • Jimura K, Konishi S, Asari T, Miyashita Y: Temporal pole activity during understanding other persons’ mental state correlated with neuroticism trait. Brain Research, 1328, 104-112 2010.
  • Jimura K, Myerson J, Hilgard J, Braver TS, Green L: Are people really more patient than other animas? Evidence from human discounting of real liquid rewards. Psychonomic Bulletin and Review, 16, 1071-1075, 2009.
  • Jimura K, Konishi S, Miyashita Y: Temporal pole activity during perception of sad faces but not happy faces correlates with neuroticism trait. Neuroscience Letters, 453, 45-48, 2009.

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損傷脳からみた個性に関する統合的研究

写真:鈴木 匡子
研究代表者

山形大学大学院医学系研究科 内科学第三講座 神経学分野
教授 鈴木 匡子

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代表メッセージ

脳の働きの中で「個性」がもっとも際立つのは、認知、行動などを含む高次脳機能です。「個性」を生み出す機構を解明するためには、高次脳機能を支えている神経基盤の個人差を知る必要があります。ヒトの高次脳機能の「個性」は、脳が壊れた時にはっきりとあらわれます。すなわち、解剖学的には同じ脳部位が損傷されても出現する高次脳機能障害には幅があり、その回復過程にも個人差があります。本研究では損傷脳からみた「個性」の神経基盤の解明を目指します。
近年の神経機能画像法の発展により、主な高次脳機能について“一般的な”神経ネットワークの理解は格段に進みました。しかし、医療の現場では、各人に共通する神経基盤の知見の限界と、「個性」の重要性が認識されています。我々は脳の手術例において皮質電気刺激により言語ネットワークの個人差を明らかにし、術後の言語機能障害を最小にする治療を行ってきました。また、神経変性疾患による原発性進行性失語症において、各患者の言語が異なる過程を経て崩壊していくのを観察しています。脳の器質的損傷により言語がどのように変化するかを個人毎に詳細に検討し、皮質電気刺激や神経画像法などを組み合わせるで、言語機能の個性とその神経基盤を明らかにしていくことを目標にしています。

  • 研究代表者
    教授鈴木 匡子

    山形大学大学院医学系研究科 内科学第三講座 神経学分野

    専門分野:
    神経内科学、神経心理学

    Eメールアドレス:
    kyon*med.id.yamagata-u.ac.jp
    (*を@に置き換えてください)

    URL:
    http://www.id.yamagata-u.ac.jp/Higherbrain/index.html

代表者の主要論文
  • Suzuki K, Yamadori A, Endo K, Fujii T, Ezura M, Takahashi A. Dissociation of letter and picture naming from callosal disconnection. Neurology 51:1390-1394, 1998
  • Suzuki K, Otsuka Y, Endo K, Fujii T, Yamadori A. Visuospatial deficits due to impaired visual attention: Investigation of two cases of slowly progressive visuospatial impairment. Cortex 39:327-342, 2003
  • Tanji K, Suzuki K, Delorne A, Shamoto H, Nakasato N. High-frequency gamma band activity in the basal temporal cortex during picture naming and lexical decision tasks. Journal of Neuroscience 25:3287-3293, 2005
  • Tachibana K, Suzuki K, Mori E, Miura N, Kawashima R, Horie K, Sato S, Tanji J, and Mushiake H. Neural Activity in the Human Brain Signals Logical Rule Identification. Journal of Neurophysiol 102:1526-1537, 2009
  • BabaT, Kikuchi A, Hirayama K, Nishio Y, Hosokai Y, Kanno S, Hasegawa T, Sugeno N, Konno M, Suzuki K, Takahashi S, Fukuda H, Aoki M, Itoyama Y, Mori E, Takeda A. Severe olfactory dysfunction is a prodromal symptom of dementia associated with Parkinson’s disease: a 3-year longitudinal study. Brain 135:161-169, 2012
  • Tanji K, Iwasaki M, Nakasato N, Suzuki K. Face specific broadband electrocorticographic spectral power change in the rhinal cortex. Neuroscience Letter 515:66-70, 2012
  • Sawada Y, NIshio Y, Suzuki K, Hirayama K, Takeda A, Hosokai Y, Ishioka T, Itoyama Y, Takahashi S, Fukuda H, Mori E. Attentional set-shifting deficit in Parkinson’s disease is associated with prefrontal dysfunction: an FDG-PET study. PLoS One 7:e38498, 2012
  • Tanji K, Sakurada K, Funiu H, Matsuda K, Kayama T, Suzuki K. Functional significance of the electrocorticographic auditory responses in the premotor cortex. Frontiers in Neuroscience 9: 78, Doi:10.3389/fnins.2015.00078, 2015

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脳情報デコーディングによる「食品嗜好」と「摂食障害/肥満傾向」の予測

写真:鈴木 真介
研究代表者

東北大学 学際科学フロンティア研究所
助教 鈴木 真介

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代表メッセージ

我々は子供の頃から「好き嫌いをなくしなさい」と言われて育ちます。「食べ物の好き嫌い」は一般的な個性・個人差ですが、極端に偏った食品嗜好は肥満や摂食障害などの原因になり得るからです。本研究では、機能的脳イメージング(functional MRI)データを機械学習的手法を用いて解析する「脳情報デコーディング」により、「脳活動から“食品嗜好の個人差”及び“将来の肥満/摂食障害傾向”を予測する手法」の開発を目指します。本研究の成果は、「ヒトの生存に根源的な役割を果たす“食べるという営み”に関する個性の創発メカニズム」を神経メカニズムという観点から明らかにするとともに、食品嗜好と密接な関係があると考えられている「肥満や摂食障害」の早期発見や予防治療に貢献し得ると考えています。

代表者の主要論文
  • Shinsuke Suzuki, Emily L. S. Jensen, Peter Bossaerts, John P. O’Doherty, "Behavioral contagion during learning about another agent's risk-preferences acts on the neural representation of decision risk", Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America (PNAS), Vol.113, pp. 3755-3760, 2016.
  • Shinsuke Suzuki, Ryo Adachi, Simon Dunne, Peter Bossaerts, John P. O’Doherty, "Neural mechanisms underlying human consensus decision-making", Neuron, Vol. 86, pp. 591-602, 2015.
  • Hideyuki Takahashi, Kazunori Terada, Tomoyo Morita, Shinsuke Suzuki, Tomoki Haji, Hideki Kojima, Masahiro Yoshikawa, Yoshio Matsumoto, Takashi Omori, Minoru Asada, Eiichi Naito, "Different impressions of other agents obtained through social interaction uniquely modulate dorsal and ventral pathway activities in the social human brain", Cortex, Vol. 58, pp. 289-300, 2014.
  • Shinsuke Suzuki and Hiromichi Kimura, "Indirect reciprocity is sensitive to costs of information transfer", Scientific Reports, Vol. 3, No. 1435, 2013.
  • Shinsuke Suzuki, Norihiro Harasawa, Kenichi Ueno, Justin L Gardner, Noritaka Ichinohe, Masahiko Haruno, Kang Cheng, Hiroyuki Nakahara, "Learning to simulate other's decisions", Neuron, Vol. 74, No. 6, pp. 1125-1137, 2012.
  • Shinsuke Suzuki, Kazuhisa Niki, Syoken Fujisaki and Eizo Akiyama, “Neural basis of conditional cooperation”, Social Cognitive and Affective Neuroscience, Vol. 6, No. 3, pp. 338-347, 2011.
  • Shinsuke Suzuki and Hiromichi Kimura, "Oscillatory dynamics in the coevolution of cooperation and mobility", Journal of Theoretical Biology, Vol. 287, No. 1, pp. 42-47, 2011.
  • Shinsuke Suzuki and Eizo Akiyama, "Evolutionary stability of first-order-information indirect reciprocity in sizable groups", Theoretical Population Biology, Vol. 73, No. 3, pp. 426-436, 2008.
  • Shinsuke Suzuki and Eizo Akiyama, "Evolution of indirect reciprocity in groups of various sizes and comparison with direct reciprocity", Journal of Theoretical Biology, Vol. 245, No. 3, pp. 539-552, 2007.
  • Shinsuke Suzuki and Eizo Akiyama, "Reputation and the Evolution of Cooperation in Sizable Groups", Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences, Vol. 272, No. 1570, pp. 1373-1377, 2005.

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ADHD児行動特性の個性表出を目指したfNIRS脳機能検査の早期適用化

写真:檀 一平太
研究代表者

中央大学理工学部人間総合理工学科
教授 檀 一平太

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代表メッセージ

注意欠如多動症(ADHD)患者の行動特性の中には、疾患の症状ではなく、個性として表出すべきものもある。これらが個性として発揮されるためには、早期診断と早期治療が必須である。申請者らは、6歳以上の児童について、光による脳機能イメージング法、fNIRSを用い、右前頭前野の脳活動をバイオマーカーとして、①ADHD児と定型発達児を判別、②投薬による治療効果を判断することに成功した。これらの先鋭的成果を発展させ、3-5歳の未就学児に対して、fNIRS脳機能画像検査によるADHDの病態把握を実現する。そのために検査課題にゲーミフィケーションの要素を導入する。児童の好奇心と集中力をうながすことによって3歳児からでも安定的に脳機能検査を行なえる、エピソディックGo/Nogo課題を作成する。その実効性を現行課題との比較によって、定量的に明らかにする。本研究は、未就学児でのfNIRS脳機能検査にもとづくADHD診断の実現を目指す。これにより、客観的な脳機能バイオマーカーに基づく、ADHDの早期診断法が確立し、就学前からADHDの投薬治療に備えるという革新的ADHD医療が実現する。そしてひいては、早期治療の実現によって、ADHD児のQoLを向上させ、行動特性を個性として表出するための支援技術の創出が可能となる。

  • 研究代表者
    教授檀 一平太

    中央大学理工学部人間総合理工学科

    専門分野:
    脳科学、心理計量学

    Eメールアドレス:
    dan*brain-lab.jp
    (*を@に置き換えてください)

    URL:
    http://brain-lab.jp/

代表者の主要論文
  • Monden Y, Dan I, Nagashima M, Dan H, Uga M, Ikeda T, Tsuzuki D, Kyutoku Y, Gunji Y, Hirano D, Taniguchi T, Shimoizumi H, Watanabe E, Yamagata T: Individual classification of ADHD children by right prefrontal hemodynamic responses during a go/no-go task as assessed by fNIRS. NeuroImage: Clin., 9, 1-12, 2015
  • Nagashima M, Monden Y, Dan I, Dan H, Mizutani T, Tsuzuki D, Kyutoku Y, Gunji Y, Hirano D, Taniguchi T, Shimoizumi H, Momoi MY, Yamagata T, Watanabe E.: Neuropharmacological effect of atomoxetine on attention network in children with attention deficit hyperactivity disorder during oddball paradigms as assessed using functional near-infrared spectroscopy. Nurophotonics, 1, 025007., 2014
  • Nagashima M, Monden Y, Dan I, Dan H, Tsuzuki D, Mizutani T, Kyutoku Y, Gunji Y, Momoi MY, Watanabe E, Yamagata T.: Neuropharmacological effect of methylphenidate on attention network in children with attention deficit hyperactivity disorder during oddball paradigms as assessed using functional near-infrared spectroscopy. Nurophotonics, 1, 015001., 2014
  • Nagashima M, Monden Y, Dan I, Dan H, Tsuzuki D, Mizutani T, Kyutoku Y, Gunji Y, Hirano D, Taniguchi T, Shimoizumi H, Momoi MY, Watanabe E, Yamagata T.: Acute neuropharmacological effects of atomoxetine on inhibitory control in ADHD children: A fNIRS study. NuroImage:Clinical, 6, 192-201, 2014
  • Tsuzuki D, Dan I,: Spatial registration for functional near-infrared spectroscopy: from channel position on the scalp to cortical location in individual and group analyses. NeuroImage, 85, 92-103, 2014
  • Monden Y, Dan H, Nagashima M, Dan I, Tsuzuki D, Kyutoku Y, Gunji Y, Yamagata T, Watanabe E, Momoi MY: Right prefrontal activation as a neuro-functional biomarker for monitoring acute effects of methylphenidate in ADHD children: An fNIRS study. NuroImage:Clinical, 1, 131-140, 2012
  • Tsuzuki D, Jurcak V, Singh AK, Okamoto M, Watanabe E, Dan I: Virtual spatial registration of stand-alone functional NIRS data to MNI space. NeuroImage, 34, 1506-1518, 2007
  • Jurcak V, Tsuzuki D, Dan I: 10/20, 10/10 and 10/5 systems revisited: their validity as relative head-surface-based positioning systems. NeuroImage, 34, 1600-1611, 2007
  • Singh A, Okamoto M, Dan H, Jurcak V, Dan I: Spatial registration of multichannel multi-subject fNIRS data to MNI space without MRI. NeuroImage, 27, 842-851, 2005
  • Okamoto M, Dan H, Sakamoto K, Takeo K, Shimizu K, Kohno S, Oda I, Isobe S, Suzuki T, Kohyama K, Dan I: Three-dimensional probabilistic anatomical cranio-cerebral correlation via the international 10-20 system oriented for transcranial functional brain mapping. NeuroImage, 21, 99-111, 2004

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ヒト記憶の個性を産み出す神経基盤:社会性と加齢

写真:月浦 崇
研究代表者

京都大学大学院 人間・環境学研究科 認知・行動科学講座
教授 月浦 崇

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代表メッセージ

ヒトの記憶能力には個人差があることが経験的に知られています。しかし、それがどのような脳内機構を基盤として創出されているのかについてはほとんど明らかになっていません。本研究では、ヒト記憶の個人差を産み出す要因として、①社会的文脈での特性の違いと②加齢の要因に着目し、記憶に関連する神経基盤がこれらの要因によってどのような影響を受けるのかについて、機能的磁気共鳴画像(fMRI)法から解明することを目的とします。①社会的文脈での特性の違いが記憶に与える影響とその神経基盤については、特に「共感」や「競争」のような他者との関係性に関する社会的特性の個人差と記憶との相互作用に着目します。ヒトは他者との相互作用の中でさまざまな感情を抱きますが、その強さは個人の共感性や社会的動機づけの強さによって異なります。本研究では、社会的関係性の中で生じる感情と記憶との相互作用が、社会的特性の個人差によって影響を受ける脳内機構に迫ります。②加齢が記憶に与える影響とその神経基盤については、新しい記憶の概念である「伝達先記憶」の神経基盤が、加齢によってどのように変化するのかについて検証します。伝達先記憶とは、「誰に」言ったのかに関する記憶のことであり、高齢者において低下することが知られていますが、その原因となる脳内機構については解明されていません。本研究では、伝達先記憶のような詳細な記憶の処理における加齢変化に関する脳内機構の解明をめざします。

  • 研究代表者
    教授月浦 崇

    京都大学大学院 人間・環境学研究科 認知・行動科学講座

    専門分野:
    認知神経科学、神経心理学

    Eメールアドレス:
    tsukiura.takashi.6c*kyoto-u.ac.jp
    (*を@に置き換えてください)

    URL:
    http://www.memory.jinkan.kyoto-u.ac.jp/index.html

代表者の主要論文
  • Shigemune Y., Tsukiura T., Nouchi R., Kambara T., Kawashima R. Neural mechanisms underlying the reward-related enhancement of motivation when remembering episodic memories with high difficulty. Human Brain Mapping, in press
  • Kaneda T., Shigemune Y., Tsukiura T. Lateral and medial prefrontal contributions to emotion generation by semantic elaboration during episodic encoding. Cognitive, Affective, and Behavioral Neuroscience, 17, 143-157, 2017
  • Sugimoto H., Shigemune Y., Tsukiura T. Competing against a familiar friend: Interactive mechanism of the temporo-parietal junction with the reward-related regions during episodic encoding. Neuroimage, 130, 261-272, 2016
  • Shingaki H., Park P., Ueda K., Murai T., Tsukiura T. Disturbance of time orientation, attention and verbal memory in amnesic patients with confabulation. Journal of Clinical and Experimental Neuropsychology, 38, 171-182, 2016
  • Shigemune Y., Tsukiura T., Kambara T., Kawashima R. Remembering with gains and losses: Effects of monetary rewards and punishments on successful encoding activation of source memories. Cerebral Cortex, 24, 1319-1331, 2014
  • Takada A., Park P., Shigemune Y., Tsukiura T. Health-related QOL and lifestyles are associated with cognitive functions in elderly people, Psychologia, 57, 177-200, 2014
  • Tsukiura T., Shigemune Y., Nouchi R., Kambara T., Kawashima R. Insular and hippocampal contributions to remembering people with an impression of bad personality, Social Cognitive and Affective Neuroscience, 8, 515-522, 2013
  • Tsukiura T., Cabeza R. Remembering beauty: Roles of orbitofrontal and hippocampal regions in successful memory encoding of attractive faces, Neuroimage, 54, 653-660, 2011
  • Tsukiura T., Sekiguchi A., Yomogida Y., Nakagawa S., Shigemune Y., Kambara T., Akitsuki Y., Taki Y., Kawashima R. Effects of aging on hippocampal and anterior temporal activations during successful retrieval of memory for face-name associations, Journal of Cognitive Neuroscience, 23, 200-213, 201
  • Tsukiura T., Cabeza R. Shared brain activity for aesthetic and moral judgments: implications for the Beauty-is-Good stereotype, Social Cognitive and Affective Neuroscience, 6, 138-148, 2011

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双子の脳内意味表象の可視化による個性脳の定量理解

写真:豊田 峻輔
研究代表者

山梨大学大学院総合研究部
医学研究員 豊田 峻輔

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代表メッセージ

脳は認知や記憶などの高度な情報処理を行い、こころの個性を生み出す基盤であるが、その生得性と獲得性についてはあまり理解が進んでいない。長年の霊長類や齧歯類を用いた実験により、並列分散的な脳の機能性は生後の経験に依存して形成されると考えられており、世界中で精力的に研究が進められてきた。その一方で、近年、齧歯類において神経細胞が活動する以前の発生期のエピジェネティック制御が脳の個性化や回路の特異化に関与していることを世界に先駆けて報告し、脳の機能表現におけるゲノミクス・エピゲノミクスの重要性が示唆されている (Toyoda et al. 2014 Neuron)。しかしながら、ヒト・霊長類は高次の認知機能が解析可能であるものの、クローン化された実験マウスに比べて遺伝的に不均一なため、その表現型の個性を定量化することや、その背景となる遺伝要因および環境要因を評価することは困難であった。
そこで本研究では、双子を対象にした自然環境に近い視聴覚刺激下における脳活動の機能的磁気共鳴画像 (fMRI) 計測とモデル解析による脳内意味表象の定量化・可視化を行うとともに、認知機能や性格、社会傾向や属性等の情報、ゲノム・エピゲノム情報や疫学データを統合することによって、個性的な知覚・認知機能を創発する遺伝・環境要因の定量理解を目指す。

代表者の主要論文
  • Tarusawa E, Sanbo M, Okayama A, Miyashita T, Kitsukawa T, Hirayama T, Hirabayashi T, Hasegawa S, Kaneko R, Toyoda S, Kobayashi T, Kato-Itoh M, Nakauchi H, Hirabayashi M, Yagi T, Yoshimura Y: Establishment of high reciprocal connectivity between clonal cortical neurons is regulated by the Dnmt3b DNA methyltransferase and clustered protocadherins. BMC biology, 14, 103, 2016
  • Toyoda S, Kawaguchi M, Kobayashi T, Tarusawa E, Toyama T, Okano M, Oda M, Nakauchi H, Yoshimura Y, Sanbo M, Hirabayashi M, Hirayama T, Hirabayashi T, Yagi T: Developmental epigenetic modification regulates stochastic expression of clustered protocadherin genes, generating single neuron diversity. Neuron, 82, 94-108, 2014
  • Yokota S, Hirayama T, Hirano K, Kaneko R, Toyoda S, Kawamura Y, Hirabayashi M, Hirabayashi T, Yagi T: Identification of the cluster control region for the protocadherin-beta genes located beyond the protocadherin-gamma cluster. The Journal of biological chemistry, 286, 31885-31895, 2011

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色覚の多様性からとらえる個性の総合的研究

写真:平松 千尋
研究代表者

九州大学 芸術工学研究院 デザイン人間科学部門
助教 平松 千尋

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代表メッセージ

ヒトには遺伝子の多型に基づく色覚の多様性が存在します。一般的な色覚は、光の吸収波長域が異なる3種類の錐体型視細胞の比較に基づく3色覚です。しかし、5-8%の男性は、2種類の錐体の比較による2色覚や2色覚に近い見え方をする3色覚を持っています。色覚の違いによる単純な色に対する知覚の違いについては研究が進んでいますが、複雑な光景を見たときに目を向けやすい領域の違いや、印象の違いについては理解が進んでいません。私達は、色覚の多様性が単色の弁別能の違いにとどまらず、複雑な画像を見たときに、どのように視線行動や印象形成の個人差に影響するかについて研究を進めています。色覚の多様性は、遺伝子レベルの違いと知覚レベルの違いとの対応が取れており、ヒトにおける個人差の中で因果関係が明確である数少ない例です。遺伝子レベルから認知や行動、印象形成に関わる感性レベルまでを結びつけることができる色覚の多様性研究は、ヒトの個性を総合的に理解するモデル研究になると考えます。

研究説明イメージ画像
  • 研究代表者
    助教平松 千尋

    九州大学 芸術工学研究院 デザイン人間科学部門

    専門分野:
    視覚学

    Eメールアドレス:
    chihiro*design.kyushu-u.ac.jp
    (*を@に置き換えてください)

    URL:
    http://www.design.kyushu-u.ac.jp/~divsense/

代表者の主要論文
  • Hiramatsu C, Melin AD, Aureli F, Schaffner CM, Vorobyev M, Matsumoto Y, Kawamura S: Importance of achromatic contrast in short-range fruit foraging of primates. PLoS One, 3, 10, e3356, 2008
  • Hiramatsu C, Melin AD, Aureli F, Schaffner CM, Vorobyev M, Kawamura S: Interplay of olfaction and vision in fruit foraging of spider monkeys. Animal Behaviour, 77, 1421-1426, 2009
  • Hiramatsu C, Goda N, Komatsu H: Transformation from image-based to perceptual representation of materials along the human ventral visual pathway. Neuroimage, 57, 482-494, 2011
  • Hiramatsu C, Fujita K, Visual categorization of surface qualities of materials by capuchin monkeys and humans. Vision Research, 115, 71-82, 2015

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発達障害者の得意・不得意のもとになる個性創発の認知神経基盤の解明

写真:和田 真
研究代表者

国立障害者リハビリテーションセンター研究所 脳機能系障害研究部
発達障害研究室長 和田 真

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代表メッセージ

日常生活上の得意・不得意につながる多様な個性がどのように作られるのか、特に発達障害に関連した得意・不得意を生み出す脳の仕組みを明らかにすることを目指しています。これまでの研究から、自閉スペクトラム症の方のQOL低下の原因として、感覚・運動や身体の捉え方の問題が大きいことが明らかになってきました。そして、私たちが行ってきたいくつかの心理実験からも、発達障害の方には確かにそれらの特徴が見られることがわかってきました。しかし、結果の個人差は非常に大きく、神経系の多様性が様々な特性を生み出しているのではないかと考えました。そこで本研究では、感覚・運動に関わる複数の心理実験や心理検査を行い、さらに当事者の方を対象とした聞き取りなどを組合せることで、どのような特性がどのような個性につながるのかを明らかにしていきます。障害当事者やグレーゾーン者の個人の特性に合わせた有効な支援を提案できるようにするとともに、個性を生み出す脳の仕組みに関する理解を深め、発達障害の方もそうでない方も「生きやすい」社会の実現に貢献するのが本研究の目的です。

  • 研究代表者
    発達障害研究室長和田 真

    国立障害者リハビリテーションセンター研究所 脳機能系障害研究部

    専門分野:
    認知科学・神経生理学

    Eメールアドレス:
    wada-makoto*rehab.go.jp
    (*を@に置き換えてください)

    URL:
    http://www.rehab.go.jp/ri/noukinou/hattatsu/index.html

代表者の主要論文
  • Ide M, Wada M: Salivary oxytocin concentration associates with the subjective feeling of body ownership during the rubber hand illusion. Frontiers in Human Neuroscience, 11, 166, 2017.
  • Wada M, Takano K, Ora H, Ide M, Kansaku K: The Rubber Tail Illusion as Evidence of Body Ownership in Mice. Journal of Neuroscience, 36, 11133-11137, 2016.
  • Ide M, Hidaka S, Ikeda H, Wada M: Neural mechanisms underlying touch-induced visual perceptual suppression: An fMRI study. Scientific Reports, 6, 37301, 2016.
  • Ide M, Wada M: Periodic visuotactile stimulation slowly enhances the rubber hand illusion in individuals with high autistic traits. Frontiers in Integrative Neuroscience, 10, 21, 2016.
  • Wada M, Ide M: Rubber hand presentation modulates visuotactile interference effect, especially in persons with high autistic traits. Experimental Brain Research, 234, 51-65, 2016.
  • Nishikawa N, Shimo Y, Wada M, Hattori N, Kitazawa S: Effects of aging and idiopathic Parkinson’s disease on tactile temporal order judgment. PLoS One, 10, e0118331, 2015.
  • Wada M, Suzuki M, Takaki A, Miyao M, Spence C, Kansaku K: Spatio-temporal processing of tactile stimuli in autistic children. Scientific Reports, 4, 5985, 2014.
  • Takahashi T, Kansaku K, Wada M, Shibuya S, Kitazawa S: Neural Correlates of Tactile Temporal-Order Judgment in Humans: an fMRI Study. Cereb Cortex, 23, 1952-1964, 2013.
  • Wada M, Takano K, Ikegami S, Ora H, Spence C, Kansaku K: Spatio-temporal updating in the left posterior parietal cortex. PLoS One,7, e39800, 2012.
  • Wada M, Watanabe S, Chung U, Higo N, Taniguchi T, Kitazawa S: Noninvasive bioluminescence imaging of c-fos expression in the mouse barrel cortex. Behavioural Brain Research, 208, 158-162, 2010.
  • Wada M, Higo N, Moizumi S, Kitazawa S: c-Fos expression during temporal order judgment in mice. PLoS One, 5,e10483, 2010.

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A02: 動物モデルにおける「個性」創発とその基盤的研究

他個体認知・社会性および空間認知の基盤となるシナプス分子SEPT3の解析

写真:上田(石原) 奈津実
研究代表者

名古屋大学理学研究科
講師 上田(石原) 奈津実

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代表メッセージ

重合性ヌクレオチド結合蛋白質であるセプチン細胞骨格は細胞分裂蛋白質として発見された分子ではあるが、最終分化した神経系で最も高発現する。セプチンはアルツハイマー病やパーキンソン病、自閉症にも関与することが示唆されており、精神神経疾患に密接に関連する重合性GTP結合蛋白質として認識されている。申請者らはセプチンがHDAC6による微小管脱アセチル化の物理的足場として働くことで、微小管の安定化レベルを最適化し神経突起伸長を制御することを見出した(Nature Commun 2013)。さらに成体小脳では、バーグマングリアにおいてセプチン-CDC42EP4(セプチン会合分子)複合体はグルタミン酸トランスポーターGLASTを平行線維-プルキンエ細胞間シナプス近傍に集積させる足場として機能し、グルタミン酸クリアランスと運動学習を促進することを見出した(Nature Commun 2015)。現在は、セプチン機能破綻により生じる行動特性を明らかにするため、セプチン欠損マウスの系統的行動解析を行い、標準的な個性と比べて認知能力、社会性において強い偏差を示すことを見出している。本研究では、認知機能と社会性に焦点をあて個性形成の分子脳科学基盤を解明することを目指す。

  • 研究代表者
    講師上田(石原) 奈津実

    名古屋大学理学研究科

    専門分野:
    神経化学

    Eメールアドレス:
    ageta-ishihara.natsumi*h.mbox.nagoya-u.ac.jp
    (*を@に置き換えてください)

    URL:
    https://sites.google.com/site/kinoshitalabnagoya/

代表者の主要論文
  • Parajuli L, Ageta-Ishihara N, Ageta H, Fukazawa Y, Kinoshita M: Methods for Immunoblot Detection and High-resolution Subcellular Mapping of Septin. Methods in Cell Biology, Septins, 136, Chapter 16, 2016
  • Horigane S*, Ageta-Ishihara N*(*equal contribution), Kamijo S, Fujii H, Okamura M, Kinoshita M, Takemoto-Kimura S, Bito H: Facilitation of axon outgrowth via a Wnt5a-CaMKK-CaMKI pathway during neuronal polarization.Molecular brain, 9(1), 8, 2016
  • Ageta-Ishihara N, Yamazaki M, Konno K, Nakayama H, Abe M, Hashimoto K, Nishioka T, Kaibuchi K, Hattori S, Miyakawa T, Tanaka K, Huda F, Hirai H, Hashimoto K, Watanabe M, Sakimura K, Kinoshita M: A CDC42EP4/septin-based perisynaptic glial scaffold facilitates glutamate clearance. Nature Communications, 6, 10090, 2015
  • Kitao Y, Ageta-Ishihara N, Takahashi R, Kinoshita M, Hori O: Transgenic supplementation of SIRT1 fails to alleviate acute loss of nigrostriatal dopamine neurons and gliosis in a mouse model of MPTP-induced parkinsonism. F1000Research, 4, 130, 2015
  • Watanabe S*, Ageta-Ishihara N*(*equal contribution), Nagatsu S*, Takao K, Komine O, Endo F, Miyakawa T, Misawa H, Takahashi R, Kinoshita M, Yamanaka K: SIRT1 overexpression ameliorates a mouse model of SOD1-linked amyotrophic lateral sclerosis via HSF1/HSP70i chaperone system.Molecular brain, 7, 62, 2014
  • Ageta-Ishihara N, Miyata T, Ohshima C, Watanabe M, Sato Y, Hamamura Y, Higashiyama T, MazitschekR, Bito H, Kinoshita M: Septins promote dendrite and axon development by negatively regulating microtubule stability via HDAC6-mediated deacetylation.Nature Communications, 4, 2532, 2013
  • Ageta-Ishihara N, Yamakado H, Morita T, Hattori S, Takao K, Miyakawa T, Takahashi R, Kinoshita M: Chronic overload of SEPT4, a parkin substrate that aggregates in Parkinson's disease, causes behavioral alterations but not neurodegeneration in mice.Molecular brain, 6, 35, 2013
  • Ageta-Ishihara N, Takemoto-Kimura S, Nonaka M, Adachi-Morishima A, Suzuki K, KamijoS, Fujii H, Mano T, Blaeser F, Chatila TA, Mizuno H, Hirano T, Tagawa Y, Okuno H, Bito H: Control of cortical axon elongation by a GABA-driven Ca2+/calmodulin-dependent protein kinase
    Cascade. Journal of Neuroscience, 29, 13720-13729, 2009

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意思決定スタイルの個性創発と適応破たんとしての精神疾患発症脆弱性の統合

写真:井口 善生
研究代表者

福島県立医科大学 附属生体情報伝達研究所 生体機能研究部門
助教 井口 善生

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代表メッセージ

生きることは絶え間ない行動選択―意思決定―の連続です。私たちの意思決定は,結果の予測と評価に基づく目標指向プロセスと,このような予測・評価プロセスをスキップした習慣プロセスが競合的に働いた結果として出力されます。健全な生活を送るためには,学習段階に応じたプロセス間のバランスがはかられる必要がありますが,精神疾患やそのリスクファクタであるストレスはこのバランスを崩し,習慣プロセス優位な状態をつくり出すことが知られています。その一方で,ストレス脆弱個体とレジリエンスを備えた個体が混在することも明らかです。したがって,生理的な意思決定スタイルにも目標指向⇔習慣というスペクトラム様の「個性」が存在し,これがストレス反応性の個体差と関係する可能性が高いと予想されます。私は,意思決定とストレスのいずれにも関与することが知られてきた青斑核から前帯状皮質に投射するノルアドレナリン系に注目し,この投射系の機能における「個性」が意思決定とストレス反応性の個体差を結びつける脳内メカニズムなのではないか,と考えています。本研究は,実験心理学的行動課題,生化学的解析,遺伝子改変技術に基づく投射経路特異的な活動操作を有機的に組み合わせ,この仮説の検証に挑みます。その成果は,これまで困難であった精神疾患の予防や治療最適化に道を拓くものと考えています。

  • 研究代表者
    助教井口 善生

    福島県立医科大学 附属生体情報伝達研究所 生体機能研究部門

    専門分野:
    行動神経科学・実験心理学

    Eメールアドレス:
    yiguchi*fmu.ac.jp
    (*を@に置き換えてください)

    URL:
    http://www.fmu.ac.jp/home/molgenet/

代表者の主要論文
  • Iguchi Y, Lin Z, Nishikawa H, Minabe Y, Toda S: Identification of an unconventional process of instrumental learning characteristically initiated with outcome devaluation-insensitivity and generalized action selection. Scientific Reports, 7:43307, 2017
  • Toda S, Iguchi Y, Lin Z, Nishikawa H, Nagasawa T, Watanabe H, Minabe Y: Reconsidering animal models of major depressive disorder in the elderly. Frontiers in Aging Neuroscience, 8: 188, 2016
  • Iguchi Y, Kosugi S, Lin Z, Nishikawa H, Minabe Y, Toda S: Pre-stress performance in an instrumental training predicts post-stress behavioral alterations in chronically stressed rats. Frontiers in Behavioral Neuroscience, 9: 119, 2015
  • Iguchi Y, Kosugi S, Nishikawa H, Lin Z, Minabe Y, Toda S: Repeated exposure of adult rats to transient oxidative stress induces various long-lasting alterations in cognitive and behavioral functions. PLoS ONE, 9(12):e114024, 2014
  • Iguchi Y: Role of incentive learning in reduction of instrumental performance in rats (Rattus norvegicus) by irrelevant drive state. Japanese Journal of Animal Psychology, 64, 11-18, 2014
  • Iguchi Y, Fukumoto K, Sawa K, Ishii K: Effects of extended context discrimination training and context extinction on transfer of context dependency of conditioned flavor aversion. Behavioural Processes, 103, 218-227, 2014
  • Iguchi Y, Sawa K, Ishii K: Learning about absent outcome in the presence of conditioned excitor and inhibitor: A conditioned flavor preference study. International Journal of Comparative Psychology, 23, 121-144, 2010

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アリの行動変異を創出する社会的要因とエピゲノム機構

写真:岡田 泰和
研究代表者

東京大学 総合文化研究科 広域システム科学系
助教 岡田 泰和

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代表メッセージ

動物で「個性」が創出されていく発達過程では,親子や性・社会的な相互作用が極めて重要な役割を果たすため,個体レベル以上の行動適応の課題を数多く含んでいます.脊椎動物だけでなくアリなどの社会性昆虫でも,親からの保護や子育て,エサ集め,繁殖順位をめぐる争いなど,様々な社会的相互作用を経て行動を発達させます.そして,異なる行動特性を持つ個体が協力することで,社会生活が成立しています.私たちは,アリの行動変異に着目し,行動トラッキングなどを用いて,個性創出に関わる個体間相互作用の大規模な行動解析を行い,行動適応の仕組みの解明をめざします.また,脳内の遺伝子発現の差異の創出機構などの分子遺伝学的メカニズムの解明を行い,至近要因・究極要因の統合的理解をめざします.アリの“コロニー”という小さな社会は,行動発達に影響しうる社会的相互作用を網羅しており,社会行動の発達機構と進化を研究する格好のモデル系を提供しうると考えています.

研究説明イメージ画像
  • 研究代表者
    助教岡田 泰和

    東京大学 総合文化研究科 広域システム科学系

    専門分野:
    生態発生学,行動学

    Eメールアドレス:
    okayasukazu*gmail.com
    (*を@に置き換えてください)

    URL:
    https://purpleandorange.jimdo.com

代表者の主要論文
  • Social dominance alters nutrition-related gene expression immediately: transcriptomic evidence from a monomorphic queenless ant.
    Okada Y*, Watanabe Y, Mandy MYT, Tsuji K, Mikheyev AS*.
    Molecular Ecology in press
  • Ant circadian activity associated with brood care type Fujioka H, Abe MS, Fuchikawa T, Tsuji K, Shimada M, Okada Y*.
    Biology Letters (2017) 13: 20160743.
  • Queen contact and among-worker interactions dually suppress worker brain dopamine as a potential regulator of reproduction in an ant.
    Shimoji H*, Aonuma H, Miura T, Tsuji K, Sasaki K, Okada Y*.
    Behavioral Ecology and Sociobiology (2017) 71: 35.
  • Histone deacetylases control module-specific phenotypic plasticity in beetle weapons.
    Ozawa T, Mizuhara T, Arata M, Shimada M, Niimi T, Okada K, Okada Y*, Ohta K*.
    Proceedings of the National Academy of Sciences (2016) 113: 15042-15047.
  • Mutual intra- and interspecific social parasitism between parapatric sister species of Vespula wasps.
    Saga T*, Kanai M, Shimada M, Okada Y.
    Insectes Sociaux (2017) 64: 95
  • Social dominance and reproductive differentiation mediated by the dopaminergic signaling in a queenless ant.
    Okada Y*, Sasaki K, Miyazaki S, Shimoji H, Tsuji K, Miura T.
    Journal of Experimental Biology (2015) 218, 1091-1098
  • Morphological variability of intercastes in the ant Temnothorax nylanderi: pattern of trait expression and modularity.
    Okada Y, Plateaux L, Peeters C.
    Insectes Sociaux (2013) 60: 319-328
  • Ovarian development and insulin-signaling pathways during reproductive differentiation in the queenless ponerine ant Diacamma sp.
    Okada Y., Miyazaki S., Miyakawa H., Ishikawa A., Tsuji K., Miura T Journal of Insect Physiology (2010) 56, 288-295

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親和的な個性の獲得・制御メカニズムの解明

写真:岡部 祥太
研究代表者

自治医科大学 医学部 生理学講座 神経脳生理学部門
ポスト・ドクター 岡部 祥太

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代表メッセージ

ヒトを含む社会的動物は他個体と親和的な関係性を結びます。多くの場合、その対象となる個体は自分と同じ種に属するものでしょう。しかし、動物が時に異種の他個体とも親和的な関係性を構築しうることを私たちは経験的に知っています。幼若期に保護された野生動物が一緒に育った異種動物とじゃれ合ったり、寄り添い合って眠ったりする様子はたびたびメディアに取り上げられています。イヌやネコをはじめとする伴侶動物がヒト社会に広く浸透している状況も、彼らが持つヒトという異種に対する親和性に起因しているといえるでしょう。このような異種(他者)への親和性の発露は多様な個体を内包した共同体を維持する要因の一つとなりえるのではないでしょうか。もしそうならば、異種への親和的な個性を司るメカニズムを解明することは、様々な他者と関係性が結ばれ共同体が醸成されていく背景を読み解く鍵となる可能性があります。
これまでの研究により、ラットを幼若期から撫でることで、ヒトとラットの間に親和的な関係性が構築されることがわかってきました。また、ヒトに親和的な反応を示す際に活性化する脳領域も見出しつつあります。そこで、本課題では、動物が持つ親和的な個性を調べるためのモデルとして、ヒトとラットの異種関係に注目し研究を進めます。異種(ヒト)に対する親和的な個性がどのように獲得され制御されるのか、そのメカニズムの解明を目指します。

  • 研究代表者
    ポスト・ドクター岡部 祥太

    自治医科大学 医学部 生理学講座 神経脳生理学部門

    専門分野:
    動物行動学、行動神経科学

    Eメールアドレス:
    shota.okabe*jichi.ac.jp
    (*を@に置き換えてください)

    URL:
    http://www.jichi.ac.jp/usr/pys1/admnpys1/

代表者の主要論文
  • Okabe S, Tsuneoka Y, Takahashi A, Ooyama R, Watarai A, Maeda S, Honda Y, Nagasawa M, Mogi K, Nishimori K, Kuroda M.
    Pup exposure facilitates retrieving behavior via the oxytocin neural system in female mice. Psychoneuroendocrinology, 79, 20-30. 2017.
  • 1Takahashi T, 1Okabe S, 1Broin P, 1Nishi A, Ye K, Beckert M, Izumi T, Machida A, Kang G, Abe S, Pena J L, Golden A, Kikusui T, Hiroi N.
    Structure and function of neonatal social communication in genetic mouse model of autism. Molecular Psychiatry, 21, 1208-1214. 2015. 1 Equal contribution.
  • Onaka T, Okabe S, Takayanagi Y, Yoshida M.
    Noxious or non-nocious inputs to oxytocin neurons: possible roles in the control of behaviors. Interdisciplinary Information Science, 21, 189-195. 2015.
  • Okabe S, Yoshida M, Takayanagi Y, Onaka T.
    Activation of hypothalamic oxytocin neurons following tactile stimuli in rats. Neuroscience Letter, 600, 22-27. 2015.
  • Okabe S, Kitano K, Nagasawa M, Mogi K, Kikusui T.
    Tesutosterone inhibits facilitating effects of parenting experience on parental behavior and the oxytocin neural system in mice. Physiology and Behavior, 118, 159-164. 2013.
  • Okabe S, Nagasawa M, Kihara T, Kato M, Harada T, Koshida N, Mogi K, Kikusui T.
    Pup odor and ultrasonic vocalizations synergistically stimulate maternal attention in mice. Behavioral Neuroscience, 127, 432-438. 2013.
  • Okabe S, Nagasawa M, Mogi K, Kikusui T.
    The importance of mother- infant communication for social bond formation in mammals. Animal Science Journal, 83, 446-452. 2012.
  • Okabe S, Nagasawa M, Kihara T, Kato M, Harada T, Koshida N, Mogi K, Kikusui T.
    The effects of social experience and gonadal hormones on retrieving behavior of mice and their responses to pup ultrasonic vocalizations. Zoological Science, 27, 790-795. 2010

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「個性」はどのように変化するか?

写真:金子 涼輔
研究代表者

群馬大学大学院医学系研究科
助教 金子 涼輔

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代表メッセージ

「個性」は、個体ごとに異なった神経回路を作る分子が創発すると考えられます。私たちは、そのような分子としてプロトカドヘリン(Pcdh。シナプス形成に関わる約50種の細胞接着分子群。音楽的才能・タバコ嗜好性・自閉症へ関与)に着目しています。
Pcdhは個々のニューロンごとに異なるランダムな組み合わせで発現します。私たちは最近、この発現様式を調べるための強力なツール(蛍光タンパク質によってPcdh発現細胞を可視化できるノックインマウス)の開発に成功しました。本マウスを用いて、Pcdh発現は[1]個体ごとに異なり、[2]経時的に変動することが見えてきました。
これらのことから、本研究では仮説「Pcdh発現の変動が個性を変える」を検証します。そのため、以下3課題を実施します。a)Pcdh発現変動の測定、b)Pcdh発現と神経結合との相関解析、c)Pcdh発現の変動メカニズム解析。
将来的には、Pcdh発現の人為的操作法を開発し、マウスの脳活動や行動様式に与える影響を調べます。これらにより、Pcdh発現の変動の(ア)「個性」創発における意義、(イ)「個性」変化における役割、(ウ)「創造性」との関わり、に迫りたいと考えています。

研究説明イメージ画像
  • 研究代表者
    助教金子 涼輔

    群馬大学大学院医学系研究科

    専門分野:
    神経生物学、実験動物学

    Eメールアドレス:
    rkaneko*gunma-u.ac.jp
    (*を@に置き換えてください)

    URL:
    http://doujitsu.dept.med.gunma-u.ac.jp/cms/?page_id=16

代表者の主要論文
  • Hasegawa S, Kumagai M, Hagihara M, Nishimaru H, Hirano K, Kaneko R, Okayama A, Hirayama T, Sanbo M, Hirabayashi M, Watanabe M, Hirabayashi T, Yagi T: Distinct and Cooperative Functions for the Protocadherin-a, -b and –g Clusters in Neuronal Survival and Axon Targeting. Front Mol Neurosci. 9, 155, 2016
  • Tarusawa E, Sanbo M, Okayama A, Miyashita T, Kitsukawa T, Hirayama T, Hirabayashi T, Hasegawa S, Kaneko R,Toyoda S, Kobayashi T, Kato-Itoh M, Nakauchi H, Hirabayashi M, Yagi T, Yoshimura Y: Establishment of high reciprocal connectivity between clonal cortical neurons is regulated by the Dnmt3b DNA methyltransferase and clustered protocadherins. BMC Biology, 14, 103, 2016
  • Kaneko R, Sato A, Hamada S, Yagi T, Ohsawa I, Ohtsuki M, Kobayashi E, Hirabayashi M, Murakami T: Transgenic rat model of childhood-onset dermatitis by overexpressing telomerase reverse transcriptase (TERT). Transgenic Research, 25, 413-424, 2016
  • Kaneko R, Abe M, Hirabayashi T, Uchimura A, Sakimura K, Yanagawa Y, Yagi T: Expansion of stochastic expression repertoire by tandem duplication in mouse Protocadherin-a cluster. Scientific Reports 4, 6263, 2014
  • Kaneko R, Kakinuma T, Sato A, Jinno-Oue A, Hata H: Littermate influence on infant growth in mice: Comparison of SJL/J and ICR as cotransferred carrier embryos. Experimental Animals, 63, 375-381, 2014
  • Hirano K, Kaneko R (co-first author), Izawa T, Kawaguchi M, Kitsukawa T, Yagi T: Single-neuron diversity generated by Protocadherin-β cluster in mouse central and peripheral nervous systems. Front Mol Neurosci. 5, 90, 2012
  • Shino M, Kaneko R (co-first author), Yanagawa Y, Kawaguchi Y, Saito Y: Electrophysiological characteristics of inhibitory neurons of the prepositus hypoglossi nucleus as analyzed in Venus-expressing transgenic rats. Neuroscience, 197, 89-98, 2011
  • Kaneko R, Kawaguchi M, Toyama T, Taguchi T, Yagi T: Expression levels of Protocadherin-α transcripts are decreased by nonsense-mediated mRNA decay with frameshift mutations and by high DNA methylation in their promoter regions. Gene, 430, 86-94, 2009
  • Esumi S, Kaneko R, Kawamura Y, Yagi T: Split single cell RT-PCR analysis of Purkinje cells. Nature Protocols, 1, 2143-2151, 2006
  • Kaneko R, Kato H, Kawamura Y, Esumi S, Hirayama T, Hirabayashi T, Yagi T: Allelic gene regulation of Pcdh-α and Pcdh-γ clusters involving both monoallelic and biallelic expression in single Purkinje cells. J. Biol. Chem., 281, 30551-30560, 2006

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社会行動制御回路の基盤解明による個性検出系の確立と個性創発の理解

写真:喜田 聡
研究代表者

東京農業大学生命科学部バイオサイエンス学科
教授 喜田 聡

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代表メッセージ

ヒトが示す社会性は千差万別であり、社会行動の多様性は個性を産み出す重要な素因である。一方、自閉症を含む発達障害などでは社会行動の障害が行動表現型の一つの病態である。従って、社会行動を産生し、制御する神経回路基盤を明らかにすることは、基礎科学から医学に至る重要な課題であり、その多様性から個性創発の原理を探ることに繋がるものと考えられる。しかし、社会行動はマウスにおいても古くから行動レベルの観察が盛んに行われてきたものの、社会行動制御回路の解析は、近年の光遺伝学的手法の開発以降に単発的な研究により進展したに過ぎずに、統合的な理解は未だ試みられていないのが現状である。我々は、マウス遺伝学的手法を用いて社会記憶固定化のメカニズムの解明を進めており、この分子機構としてCaMKIV-CREB情報伝達系などの重要性を示した。さらに、c-fos遺伝子発現を指標にして、社会行動と社会記憶制御に関わる脳領域の同定を進め、社会行動に対する海馬、扁桃体、前頭前野、帯状皮質などの重要性を示し、in silico(数理学的)解析から領野間の機能的結合を評価し、社会行動並びに社会記憶形成を制御する神経ネットワークをそれぞれ算出した。以上の背景から、本研究では、社会行動を制御する機能的神経回路を同定し、その制御回路の機能的結合の多様性を生化学的あるいは数理学的に評価する個性検出系を確立する。この検出系を用いて、社会行動制御回路の多様性から、社会行動に個性が創発される原理を回路・細胞レベルで明らかにすることを目的とする。

研究説明イメージ画像
  • 研究代表者
    教授喜田 聡

    東京農業大学生命科学部バイオサイエンス学科

    専門分野:
    神経科学

    Eメールアドレス:
    kida*nodai.ac.jp
    (*を@に置き換えてください)

    URL:
    http://www.nodai.ac.jp/academics/life_sci/bio/lab/504/

代表者の主要論文
  • Tanimizu, T., Kenney., J.W., Okano, E., K. Kadoma., K, Frankland., P.W., Kida, S. Functional connectivity of multiple brain regions required for the consolidation of social recognition memory. J. Neurosci., in press.
  • Ishikawa, R., Fukushima, H., Frankland, P.W., Kida, S. Hippocampal neurogenesis enhancers promote forgetting of remote fear memory after hippocampal reactivation by retrieval eLife, 5: e17464, 2016. doi: 10.7554/eLife.17464.
  • Kida, S. & Kato, T. Microendophenotypes of psychiatric disorders -Phenotypes of psychiatric disorders at the level of molecular dynamics, synapses, neurons, and neural circuits-. Current Molecular Medicine. 15:111-118, 2015
  • Fukushima, H., Zhang, Y., Archbol, G., Ishikawa, R., Nader, K. Kida, S. Enhancement of fear memory by retrieval through reconsolidation. eLife, 3, e02736, 2014
  • Nomoto, M., Takeda, Y., Uchida, S., Mitsuda, K., Enomoto, H., Saito, K., Choi, T., Watabe, A.M., Kobayashi, S., Masushige, S., Manabe, T. & Kida, S. Dysfunction of the RAR/RXR signaling pathway in the forebrain impairs hippocampal memory and synaptic plasticity. Mol. Brain. 5, 8 (2012).
  • Suzuki, A., Fukushima, H., Mukawa, T., Toyoda, H., Wu, L-J., Zhao, M-G., Hui Xu, H., Shang, Y., Endoh, K., Iwamoto, Mamiya, N., Okano, E., Hasegawa, H., Mercaldo, V., Yue Zhang, Y., Maeda, R., Ohta, M., Josselyn, S.A., Zhuo, M., & Kida, S. Up-regulation of CREB-mediated transcription enhances both short- and long-term memory. J. Neurosci. 31, 8786-8802 (2011)
  • Mamiya, N., Fukushima, H., Suzuki, A., Matsuyama, Z., Homma, S., Frankland, P.W. & Kida, S. Brain region-specific gene expression activation required for reconsolidation and extinction of contextual fear memory. J. Neurosci. 29, 402-13 (2009)
  • Fukushima, H., Maeda, R., Suzuki, R., Suzuki, A., Nomoto, M., Toyoda, H., Wu, L.-J., Xu, H., Zhao, M.-G., Ueda, K., Kitamoto, K., Mamiya, N., Yoshida, T., Homma, S., Masushige, S., Zhuo, M. & Kida, S. Up-regulation of CaMKIV improves memory formation and rescues memory loss with aging. J. Neurosci. 28, 9910-19 (2008).
  • Suzuki, A., Josselyn S., Frankland P., Masushige, S., Silva, A.J. & Kida, S. Memory reconsolidation and extinction have distinct temporal and biochemical signatures. J. Neurosci., 24, 4787-4795 (2004)
  • Kida, S., Josselyn, S., Peña de Ortiz, S., Kogan, J., Masushige, S. & Silva, A.J. CREB required for the stability of new and reactivated fear memory. Nature Neurosci., 5, 348-355 (2002)

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妊娠期の外環境酸素による子の「個性」創発機構

写真:酒井 大輔
研究代表者

同志社大学大学院 脳科学研究科
特定任用助教 酒井 大輔

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代表メッセージ

ヒトを含む胎生の哺乳類は卵生の鳥類や爬虫類とは異なり、胎児の発生・発達が母親の胎内で進行します。そのため、妊娠母体が摂取する栄養素や薬物、酸素などが母体血を介して胎内へと運ばれ、胎児の発生・発達に大きく影響します。これら物質の胎児に対する暴露量は、妊娠母体の生活スタイルや生理機能などの個人差により差異が生じるため、胎児への影響も多様であると考えられます。近年、酸素分子が細胞内のシグナル分子として機能し、神経前駆細胞の分化を制御することが報告されています。このことは、妊娠期の酸素摂取量の違いが胎児の神経発生に影響を与え、出生後の興奮性—抑制性神経活動のバランス変化とそれに伴う行動様式の多様性を生みだすことを示唆しています。そこで本研究課題では、妊娠期における外環境酸素濃度が胎児の大脳発生、特に抑制性神経細胞の分化に与える影響についてマウスを用いて調べます。そして、外環境酸素という生活環境における「ゆらぎ」が子の個性発露に与える影響を分子レベルで解明することを目指します。

  • 研究代表者
    特定任用助教酒井 大輔

    同志社大学大学院 脳科学研究科

    専門分野:
    発生生物学、細胞生物学

    Eメールアドレス:
    dsakai*mail.doshisha.ac.jp
    (*を@に置き換えてください)

代表者の主要論文
  • Daisuke Sakai, Jill Dixon, Annita Achilleos, Michael Dixon, and Paul A Trainor; Prevention of Treacher Collins syndrome craniofacial anomalies in mouse models via maternal antioxidant supplementation. Nature Communications. 7, 10328, 2016
  • Daisuke Sakai, and Paul A Trainor; Face off against ROS: Tcof1/Treacle safeguards neuroepithelial cells and progenitor neural crest cells from oxidative stress during craniofacial development. Development, Growth and Differentiation. 58(7), 577-585, 2016
  • Daisuke Sakai, and Paul A Trainor; Gene transfer techniques in whole embryo cultured post-implantation mouse embryos. Methods in Molecular Biology. 1092, 227-234, 2014
  • Daisuke Sakai, Jill Dixon, Michael Dixon, and Paul A Trainor; Mammalian neurogenesis requires Treacle-Plk1 for precise control of spindle orientation mitotic progression and maintenance of neural progenitor cells. PLoS Genetics. 8(3), e1002566, 2012
  • Yoshio Wakamatsu, Daisuke Sakai, Takashi Suzuki, and Noriko Osumi; FilaminB is required for the directed localization of cell-cell adhesion molecules in embryonic epithelial development. Developmental Dynamics. 240 (1), 149-161, 2011
  • Daisuke Sakai, and Paul A Trainor; Treacher Collins syndrome: Unmasking the role of Tcof1/treacle. The International Journal of Biochemistry and Cell Biology. 41, 1229-1232, 2009
  • Natalie C Jones, Megan L Lynn, Karin Gaudenz, Daisuke Sakai, Kazushi Aoto, Jean-Phillipe Rey, Earl F Glynn, Lacey Ellington, Chunying Du, Jill Dixon, Michael J Dixon, and Paul A Trainor; Prevention of the neurocristopathy Treacher Collins syndrome through inhibition of p53 function. Nature Medicine. 14 (2), 125-133, 2008
  • Takashi Suzuki, Daisuke Sakai, Noriko Osumi, Hiroshi Wada and Yoshio Wakamatsu; Sox genes regulate type 2 collagen expression in avian neural crest cells. Development, Growth and Differentiation. 48(8), 477-486., 2006
  • Daisuke Sakai, Takashi Suzuki, Noriko Osumi, and Yoshio Wakamatsu; Cooperative action of Sox9, Snail2 and PKA signaling in early neural crest development. Development 133(7), 1323-1333, 2006

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視覚経験による個性的回路の創出機構

写真:杉山 清佳
研究代表者

新潟大学大学院 医歯学総合研究科
准教授 杉山 清佳

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代表メッセージ

スポーツや音楽、外国語といった習い事は、大人よりも子どもの上達が早いことを実感した方も多いはずです。子どもの脳には、個々の体験・経験に応じて神経回路を集中的に作る特別な時期「臨界期」があり、臨界期に作られた回路は「個性」として大人まで保たれる傾向にあります。臨界期の仕組みを研究することで、個々の経験を元にした個性的回路の形成機構と、脳の柔軟性の誘導による脳機能の再建など疾患の治療に貢献することを目指しています。
臨界期の経験は、視覚の発達にも大きな影響を与えます。臨界期に片目を閉じて経験を妨げると、閉じた目からの情報よりも、開いた目からの情報を多く受け取るように神経回路が作られます(眼優位性可塑性)。その結果、閉じた目の視力は著しく弱くなり(弱視)、臨界期を過ぎた大人では、治療をしても回復しないことが知られています。そこで、胎生期に脳を作るホメオ蛋白質が、生後の脳を発達させる働きも持つことに注目し、視覚系をモデルに臨界期を制御する遺伝子群の探索と機能解析を行っています。さらに、ホメオ蛋白質が個々の体験・経験に応じて脳を移動する仕組みにも焦点を当て、広く脳の機能発達と個性的回路の形成に関与する可能性を検討していきます。

代表者の主要論文
  • Nakahara K., Adachi K., Kawasaki K., Matsuo T., Sawahata H., Majima K., Takeda M., Sugiyama S., Nakata R., Iijima A., Tanigawa H., Suzuki T., Kamitani Y. and Hasegawa I. : Associative-memory representations emerge as shared spatial patterns of theta activity spanning the primate temporal cortex. Nat. Comm. 7, 11827, 2016
  • Hou X., Katahira T., Ohashi K., Mizuno K., Sugiyama S*. and Nakamura H*. : Coactosin accelerates cell dynamism by promoting actin polymerization. Dev. Biol. 379, 53-63, 2013
  • Beurdeley M., Spatazza J., Lee H.H.C., Sugiyama S., Bernard C., Di Nardo A.A., Hensch T.K. and Prochiantz A. : Otx2 binding to perineuronal nets persistently regulates plasticity in the mature visual cortex. J.Neurosci. 32, 9429-9437, 2012
  • Sugiyama S., and Nakamura H. : Clonal and widespread gene transfer by proviral electroporation for analysis of brain laminar formation. Springer, Electroporation and Sonoporation in Developmental Biology, Chapter 12, 117-128, 2009
  • Sugiyama S*., Prochiantz A. and Hensch T.K*. : From brain formation to plasticity: insights on Otx2 homeoprotein. Dev. Growth Differ. 51, 369-377, 2009
  • Sugiyama S., Di Nardo A.A., Aizawa S., Matsuo I., Volovitch M., Prochiantz A. and Hensch T.K.: Experience-dependent transfer of Otx2 homeoprotein into the visual cortex activates postnatal plasticity. Cell 134, 508-520, 2008
  • Sugiyama S. and Nakamura H.: The role of Grg4 in tectal laminar formation. Development 130, 451-462, 2003
  • Sugiyama S*., Funahashi J. and Nakamura H.: Antagonizing activity of chick Grg4 against tectum-organizing activity. Dev. Biol. 221, 168-180, 2000

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経験による個性変容の脳内メカニズムの解明

写真:恒岡 洋右
研究代表者

東邦大学医学部
助教 恒岡 洋右

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代表メッセージ

「個性」は先天的な要因と後天的な要因によって形成される。先天的な要因の一つである遺伝的変異は遺伝子の大規模スクリーニングなど、ここ10年程度で急速に進展してきた。また、後天的な要因としては出生前、出生後の発生発達環境が挙げられ、精力的に研究が進んでいる。これらに加えて、成体となった後も行動表現型は変化しうる。ヒトでは、恋愛を契機として性格の変化が誘導されることや、食事内容と人格は相関することが知られている。実験動物であるマウスでも、性行動や養育行動の経験、餌の脂肪含有率などの刺激がそれらとは全く異なる行動表現型に影響を与えることがわかっている。つまり、これらの行動は一見無関係に思えるが脳内においては連関しており、その連関のインターフェイスに相当する神経機構が個性変容の重要なメカニズムの一つだと考えられる。この個性変容における脳内メカニズムの大部分は未解明ではあるものの、エピジェネティック因子の関与が示唆される事例もある。我々の研究グループはエピジェネティック因子の中でも神経活動依存的に転写調節を行うことが知られ、アルツハイマー病やパーキンソン病などの神経疾患やうつ、薬物依存といった精神疾患との関わりなどについても報告されているHistone deacetyl transferase 4などに着目し、遺伝学的な手法を駆使して個性変容の脳内メカニズムの解明に取り組む。

  • 研究代表者
    助教恒岡 洋右

    東邦大学医学部

    専門分野:
    神経解剖学、動物行動学

    Eメールアドレス:
    yousuke.tsuneoka*med.toho-u.ac.jp
    (*を@に置き換えてください)

    URL:
    http://www.toho-u.ac.jp/med/lab/lab_morphology.html

代表者の主要論文
  • Tsuneoka Y, Tsukahara S, Yoshida S, Takase K, Oda S, Kuroda M, Funato H. Moxd1 is a marker for sexual dimorphism in the medial preoptic area, bed nucleus of the stria terminalis and medial amygdala. Frontiers in Neuroanatomy 11: 26. 2017
  • Okabe S, Tsuneoka Y, Takahashi A, Ooyama R, Watarai A, Maeda S, Honda Y, Nagasawa M, Mogi K, Nishimori K, Kuroda M, Koide T, Kikusui T. Pup exposure facilitates retrieving behavior via the oxytocin neural system in female mice. Psychoneuroendocrinology 79: 20-30. 2017
  • Takase K, Tsuneoka Y, Oda S, Kuroda M, Funato H. High-fat diet feeding alters olfactory-, social-, and reward-related behaviors of mice independent of obesity. Obesity, 24: 886-894. 2016
  • Tsuneoka Y, Tokita K, Yoshihara C, Amano T, Esposito G, Huang AJ, Yu LMY, Odaka Y, Shinozuka K, McHugh TJ & Kuroda KO. Distinct preoptic-BST nuclei dissociate paternal and infanticidal behavior in mice. The EMBO Journal, 34: 2652-2670. 2015
  • Tsuneoka Y. Regulation of the host workers’ oviposition by the social parasite ant Polyergus samurai. Zoological Science, 31(7): 407-413. 2014
  • Tsuneoka Y, Maruyama T, Yoshida S, Nishimori K, Kato T, Numan M & Kuroda KO. Functional, anatomical, and neurochemical differentiation of medial preoptic area subregions in relation to maternal behavior in the mouse. Journal of Comparative Neurology, 521 (7): 1633-1663. 2013

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嗅覚刺激が個性の創発に及ぼす影響

写真:西住 裕文
研究代表者

福井大学 医学部 高次脳機能研究室
准教授 西住 裕文

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代表メッセージ

高等動物の情動行動は、感覚器を介した入力情報の価値判断によって制御され、個性として創発される。これを支える神経回路は、情報の受容、中枢への伝達、質感の判断、それに基づく出力の指令等から構成されている。従来は、遺伝的にプログラムされた神経回路形成の研究が主に行われて来たが、近年は、発生・発達段階における、環境要因に依存して形成される回路形成及びその障害に関する研究が注目されている。これらの障害には、胎仔期の母性ストレスによる発達障害や、新生仔期における入力異常がもたらす適応障害・精神障害などが挙げられる。我々は最近、マウス嗅覚系を用いて、出生直後の臨界期における嗅覚入力が、神経回路構築に必須であることを見出した。新生仔期に嗅覚入力を阻害したマウスでは、成長後、他個体を避けて自閉症的行動をとる様になる。一方、新生仔期に特定の匂いを嗅がせて刷り込むと、その匂いに対して愛着を示す様になる。本研究では、嗅覚入力を人為的にコントロールし、臨界期特異的な神経回路形成の分子基盤を解明すると共に、入力阻害によって成長後に引き起こされる行動異常を回路レベルで明らかにする。本研究で得られる成果は、臨界期における感覚刺激が個性形成にどの様な影響を及ぼすかを、分子・神経回路レベルで理解する突破口になると期待される。

代表者の主要論文
  • Nishizumi H, Sakano H: Developmental regulation of neural map formation in the mouse olfactory system. Dev. Neurobiol., 75, 594-607, 2015.
  • Nishizumi H, Sakano H: Decoding and deorphanizing an olfactory map. Nat. Neurosci., 18, 1432-1433, 2015.
  • Nakashima A, Takeuchi H, Imai T, Saito H, Kiyonari H, Abe T, Chen A, Weinstein LS, Yu CR, Storm DR, Nishizumi H, Sakano H: Agonist-independent GPCR activity regulates anterior-posterior targeting of olfactory sensory neurons. Cell, 154, 1314-1325, 2013.
  • Aoki M, Takeuchi H, Nakashima A, Nishizumi H, Sakano H: Possible roles of Robo1+ ensheathing cells in guiding dorsal-zone olfactory sensory neurons in mouse. Dev. Neurobiol., 73, 828-840, 2013.
  • Takaba H, Imai T, Miki S, Morishita Y, Miyashita A, Ishikawa N, Nishizumi H, Sakano H: A major allogenic leukocyte-antigen in the agnathan hagfish. Scientific Reports, 3, 1716, 2013.
  • Takahashi H, Yoshihara S, Nishizumi H, Tsuboi A: Neuropilin2 is required for the proper targeting of ventral glomeruli in the mouse olfactory bulb. Mol. Cell. Neurosci., 44, 233-245, 2010.
  • Kishishita N, Matsuno T, Takahashi Y, Takaba H, Nishizumi H, Nagawa F: Regulation of antigen-receptor gene assembly in hagfish. EMBO Rep., 11, 126-132, 2010.
  • Nishizumi H, Kumasaka K, Inoue N, Nakashima A, Sakano H: Deletion of the core-H region in mice abolishes the expression of three proximal odorant receptor genes in cis. Proc. Natl. Acad. Sci. USA., 104, 20067-20072, 2007.
  • Nagawa F, Kishishita N, Shimizu K, Hirose S, Miyoshi M, Nezu J, Nishimura T, Nishizumi H, Takahashi Y, Hashimoto S, Takeuchi M, Miyajima A, Takemori T, Otsuka AJ, Sakano H: Antigen-receptor genes of the agnathan lamprey are assembled by a process involving copy choice. Nat. Immunol., 8, 206-213, 2007.
  • Oka Y, Kobayakawa K, Nishizumi H, Miyamichi K, Hirose S, Tsuboi A, Sakano H: O-MACS, a novel member of the medium-chain acyl-CoA synthetase family, specifically expressed in the olfactory epithelium in a zone specific manner. Eur. J. Biochem. 270, 1995-2004, 2003.

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ヒト型自閉症モデルマウスによる個性の形成メカニズムの解明

写真:西山 正章
研究代表者

九州大学 生体防御医学研究所 分子医科学分野
准教授 西山 正章

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代表メッセージ

自閉症スペクトラムという概念は、定型発達から典型的な自閉症までの症状の連続性を意味するが、これは脳の発達段階における多様性であり、個性と解釈することができる。近年、自閉症スペクトラム患者の大規模なゲノム解析によってクロマチンリモデリング因子CHD8が最も有力な自閉症原因候補遺伝子として同定され、世界中で大きな反響を呼んでいる。われわれは今までCHD8について長年にわたって研究をしてきたグループであり、これまでにCHD8がp53やβカテニンの転写活性を抑制することで発生期の器官形成に重要な役割を果たしていることを示してきた [Nishiyama et al., Nature Cell Biol. (2009)]。われわれは最近、ヒト自閉症患者のCHD8変異を再現したモデルマウスを作製し行動解析を行ったところ、このマウスが自閉症様の行動異常を再現することを確認した [Katayama et al., Nature (2016)]。本研究では種々のCHD8機能喪失型マウス(ノックアウトマウス)とCHD8機能獲得型マウス(トランスジェニックマウス)を組み合わせることによって自閉症の発症時期、責任部位、責任細胞種を特定すると共に、自閉症の発症メカニズムを解明し、個性がいつ、どこで、どのようにして形成されるのかを明らかにする。

研究説明イメージ画像
  • 研究代表者
    准教授西山 正章

    九州大学 生体防御医学研究所 分子医科学分野

    専門分野:
    エピジェネティクス、自閉症

    Eメールアドレス:
    nishiyam*bioreg.kyushu-u.ac.jp
    (*を@に置き換えてください)

    URL:
    http://www.bioreg.kyushu-u.ac.jp/saibou/index.html

代表者の主要論文
  • Katayama Y, *Nishiyama M, Shoji H, Ohkawa Y, Kawamura A, Sato T, Suyama M, Takumi T, Miyakawa T, *Nakayama KI (*Corresponding authors): CHD8 haploinsufficiency results in autistic-like phenotypes in mice. Nature, 537, 675-679, 2016.
  • Nishiyama M, Oshikawa K, Tsukada Y, Nakagawa T, Iemura S, Natsume T, Fan Y, Kikuchi A, Skoultchi AI, Nakayama KI: CHD8 suppresses p53-mediated apoptosis through histone H1 recruitment during early embryogenesis. Nature Cell Biol., 11, 172-182, 2009.
  • Moroishi T, Nishiyama M, Takeda Y, Iwai K, Nakayama KI: The FBXL5-IRP2 axis is integral to control of iron metabolism in vivo. Cell Metab., 14, 339-351, 2011.
  • Muto Y, *Nishiyama M, Nita A, Moroishi T, *Nakayama KI (*Corresponding authors): Essential role of FBXL5-mediated cellular iron homeostasis in maintenance of hematopoietic stem cells. Nature Commun., in press.
  • Nishiyama M, Skoultchi AI, Nakayama KI: Histone H1 recruitment by CHD8 is essential for suppression of the Wnt-beta-catenin signaling pathway. Mol. Cell. Biol., 32, 501-512, 2012.
  • Nishiyama M, Nakayama K, Tsunematsu R, Tsukiyama T, Kikuchi A, Nakayama KI: Early embryonic death in mice lacking the beta-catenin-binding protein Duplin. Mol. Cell. Biol., 24, 8386-8394, 2004.

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新規性認識機構を介する記憶アップデート基盤の解明

写真:福島 穂高
研究代表者

東京農業大学 生命科学部 バイオサイエンス学科
助教 福島 穂高

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代表メッセージ

我々はヒトや物を認識する際、まず、過去の記憶と照合する。そして、既知であるか未知であるかを判別して、既知であれば新しい情報を加えて既存の記憶をアップデートし、未知であれば新たな記憶を形成する。このような新規性認識機構を介した記憶アップデートが誘導されることで、社会性が形成され、個性が創発される。記憶は想起される(思い出される)とプロテオソーム依存的タンパク質分解を介して不安定な状態となり、遺伝子発現依存的な再固定化のプロセスを経ることで再び安定な状態として再貯蔵される。この再固定化のプロセスは記憶アップデートに関係すると考えられている。そこで本研究では、マウスが別のマウスまたは物体と遭遇した際に誘導される、新規性認識機構を介した再固定化による記憶アップデートのメカニズムを明らかにすることを目的とする。実際には、既知あるいは未知の探索対象を提示した際に活性化され、記憶アップデートを制御する可塑的神経回路とニューロン集団を同定し、これらの機能的役割を明らかにする。

  • 研究代表者
    助教福島 穂高

    東京農業大学 生命科学部 バイオサイエンス学科

    専門分野:
    神経科学、分子生物学

    Eメールアドレス:
    f3fukush*nodai.ac.jp
    (*を@に置き換えてください)

    URL:
    http://www.nodai.ac.jp/academics/life_sci/bio/lab/504/

代表者の主要論文
  • Serita T, Fukushima H, Kida S: Constitutive activation of CREB in mice enhances temporal association learning and increases hippocampal CA1 neuronal spine density and complexity. Sci Rep, 7, 42528, 2017.
  • Yu Z, Fukushima H, Ono C, Sakai M, Kasahara Y, Kikuchi Y, Gunawansa N, Takahashi Y, Matsuoka H, Kida S, Tomita H: Microglial production of TNF-alpha is a key element of sustained fear memory. Brain Behav Immun, 59, 313-321, 2017.
  • Nonaka M, Kim R, Fukushima H, Sasaki K, Suzuki K, Okamura M, Ishii Y, Kawashima T, Kamijo S, Takemoto-Kimura S, Okuno H, Kida S, Bito H: Region-specific activation of CRTC1-CREB signaling mediates long-term fear memory. Neuron, 84, 92-106, 2014.
  • Fukushima H, Zhang Y, Archbold G, Ishikawa R, Nader K, Kida S: Enhancement of fear memory by retrieval through reconsolidation. Elife, 3, e02736, 2014.

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個性的ジェンダーのニューロン機構

写真:山元 大輔
研究代表者

東北大学大学院生命科学研究科
教授 山元 大輔

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代表メッセージ

本研究は、雄の性指向性の「個性」に着目する。即ち、雌とは決して交尾せず雄に向かって求愛を行うショウジョウバエの突然変異体として分離されたsatoriが、成虫羽化後単独飼育によって社会経験を剥奪されると雄にはほとんど求愛しなくなるという新知見に基づき、求愛開始の意志決定中枢、“P1ニューロン”で経験依存的に生じる興奮性変化の実体をin vivo patch clampとCa2+ imagingにより追求する。その成果をもとに、satori変異原因遺伝子fruitlessのコードする推定クロマチン制御タンパク質によるエピゲノム修飾が、成体となった雄のニューロンの経験依存的応答性変化にどのように寄与するのかを明らかにする。これにより、遺伝的機構と環境要因とがどのようにしてニューロン活動の特性を規定し、“異性・同性にどの程度、惹かれるのか”という性指向性の多様性をいかにして作り出すのかを解明する。

代表者の主要論文
  • Yilmazer, Y. B., Koganezawa, M., Sato, K., Xu, J., Yamamoto, D. Serotonergic neuronal death and concomitant serotonin deficiency curb copulation ability of Drosophila platonic mutants. Nat. Commun. 7, 13792. doi: 10.1038/ncomms13792. 2016.
  • Kohatsu, S. and Yamamoto D. Visually induced initiation of Drosophila innate courtship-like following pursuit is mediated by central excitatory state. Nat. Commun. 6, 6457. doi:10.1038/ncomms7457. 2015.
  • Hamada-Kawaguchi, N., Nore, B. F., Kuwada, Y., Smith, C. I. and Yamamoto, D. Btk29A promotes Wnt4 signaling in the niche to terminate germ cell proliferation in Drosophila. Science 343, 294-297. 2014.
  • Yamamoto, D. and Koganezawa, M. Genes and circuits of courtship behavior in Drosophila males. Nat. Rev. Neurosci. 14, 681-692. 2013.
  • Sakurai, A., Koganezawa, M., Yasunaga, K., Emoto, K. and Yamamoto, D. Select interneuron clusters determine female sexual receptivity in Drosophila. Nat. Commun. 4, 1825-1833. 2013.
  • Ito H., Sato K., Koganezawa M., Ote M., Matsumoto K., Hama C. and Yamamoto D. Fruitless recruits two antagonistic chromatin factors to establish single-neuron sexual dimorphism Cell 149, 1327-1338. 2012.
  • Kohatsu, S., Koganezawa, M. and Yamamoto, D. Female contact activates male-specific interneurons that trigger stereotypic courtship behavior in a Drosophila male. Neuron 69, 498-508. 2011.
  • Kimura, K-I., Hachiya, T., Koganezawa, M., Tazawa, T. and Yamamoto, D. Fruitless and Doublesex coordinate to generate male-specific neurons that can initiate courtship. Neuron 59, 759-769. 2008.
  • Kimura, K-I., Ote, M., Tazawa, T. and Yamamoto, D. fruitless specifies sexually dimorphic neural circuitry in the Drosophila brain. Nature 438, 229-233. 2005.
  • Usui-Aoki, K., Ito, H., Ui-Tei, K., Takahashi, K. Lukacsovich, T., Awano, W., Nakata, H., Piao, Z. F., Nilsson, E., Tomida, J. and Yamamoto, D. Formation of the male-specific muscle in female Drosophila by ectopic fruitless expression. Nat. Cell Biol. 2, 500-506. 2000.

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自発的行動に起因する発声学習表現型の個性創発の神経分子基盤の解明

写真:和多 和宏
研究代表者

北海道大学 大学院理学研究院 生物科学部門
准教授 和多 和宏

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代表メッセージ

学習行動における個体差の発現には、個体ごとに生まれもつユニークな遺伝情報と生後生育環境が重要な影響要因となる。言語学習や運動パターン学習のような感覚運動学習は、遺伝・環境要因のみならず、自発的な学習行動 (Self-motivated learning behavior)によってはじめて獲得される学習様式である。発声学習行動の開始時期・質・量における個体差が、脳内神経回路機能特性の「個性」へと還元される神経分子基盤が存在すると考えられるが、十分な理解が進んでいない。
鳴禽類ソングバードの発声学習は、ヒトの言語獲得と同様に「感覚運動学習」を根幹とし、その学習に最も適した時期、「学習臨界期」をもつ。これまでの研究において、自発的発声行動により脳内ではエピジェネティクス制御因子を含む遺伝子群が発達時期特異的に神経活動依存的に発現誘導されることを明らかにしてきた。行動生成の時期・質・量の違いを「個体の学習行動履歴」として、脳内でモニターし、個体ごとにユニークな脳内遺伝子発現に還元する神経分子メカニズムが存在すると考えられる。
本研究では、鳴禽類ソングバードの発声学習を学習行動モデルとして、「自ら声を出す」という自発的行動が、その後に獲得される音声パターンや学習臨界期間の個体差にどのような影響を与えるのか、自発学習行動依存的エピジェネティクス制御の観点から研究を行う。

  • 研究代表者
    准教授和多 和宏

    北海道大学 大学院理学研究院 生物科学部門

    専門分野:
    行動神経生物学、分子神経科学

    Eメールアドレス:
    wada*sci.hokudai.ac.jp
    (*を@に置き換えてください)

    URL:
    https://www.wada-lab.org/

代表者の主要論文
  • Sato D, Mori C, Sawai A, Wada K: Familial bias and auditory feedback regulation of vocal babbling patterns during early song development. Scientific Reports, 6, 30323, 2016
  • Imai R, Sawai A, Hayase S, Furukawa H, Asogwa CN, Sanchez M, Wang H, Mori C, Wada K: A quantitative method for analyzing species-specific vocal sequence pattern and its developmental dynamics. Journal of Neuroscience Methods, 271, 25-33, 2016
  • Mori C, Wada K: Audition-Independent Vocal Crystallization Associated with Intrinsic Developmental Gene Expression Dynamics. Journal of Neuroscience, 35, 878-889, 2015
  • Ohgushi E, Mori C, Wada K: Diurnal oscillation of vocal development associated with clustered singing by juvenile songbirds. Journal of Experimental Biology. 218, 2260-2268, 2015
  • Liu WC, Wada K, Jarvis ED, Nottebohm F: Rudimentary substrates for vocal learning in a suboscine. Nature Communication, 4, 2082, 2013
  • Jarvis ED, Yu J, Rivas MV, Horita H, Feenders G, Whitney O, Jarvis S, Jarvis ER, Kubikova L, Puck AE, Siang-Bakshi C, Martin S, McElroy M, Hara E, Howard J, Mouritsen H, Chen CC, Wada K: A global view of the functional molecular organization of the avian cerebrum: Mirror images and functional columns. Journal of Comparative Neurology, 521, 3614-3665, 2013
  • Wada K, Hayase S, Imai R, Mori C, Kobayashi M, Liu WC, Takahasi M, Okanoya K: Differential androgen receptor expression and DNA methylation state in striatum song nucleus Area X between wild and domesticated songbird strains. European Journal of Neuroscience, 38, 2600-2610, 2013
  • Horita H, Kobayashi M, Liu WC, Oka K, Jarvis ED, Wada K: Specialized motor-driven dusp1 expression in the song systems of multiple lineages of vocal learning birds. PLoS ONE, 7, e42173, 2012
  • Wada K, Howard JT, McConnell P, Whitney O, Lints T, Rivas MV, Horita H, Patterson MA, White SA, Scharff C, Haesler S, Zhao S, Sakaguchi H, Hagiwara M, Shiraki T, Hirozane-Kishikawa T, Skene P, Hayashizaki Y, Carninci P, Jarvis ED: A molecular neuroethological approach for identifying and characterizing a cascade of behaviorally regulated genes. PNAS, 103, 15212-15217, 2006

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好き嫌いや積極性の個性を生み出す神経回路基盤とその修飾機構

写真:渡部 文子
研究代表者

東京慈恵会医科大学 総合医科学研究センター 臨床医学研究所
教授 渡部 文子

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代表メッセージ

味や香りの「好み」はどのようにうみだされるのだろうか? たとえば苦味は警告信号、甘味は報酬信号として、生得的な嫌悪感・好感を惹起する。しかし大好物でも食あたり後は大嫌いになる、歳と共に好みが変わる、など好き嫌いの情動価値は生得的・後天的制御を受け、我々の個性を構成する。同様に、危険に直面した場合、積極的に走って逃げるか消極的にじっとするか、も生得的・後天的に制御され、情動と密接に関与する。しかしながら、味覚と積極性を情動価値の個性という共通の視点から捉えた研究は少なく、神経基盤はほとんどわかってない。我々はこれまで、橋の腕傍核から情動を担う扁桃体へ投射する直接経路が、負情動をうみだす忌避信号として機能すること(Sato et al., 2015)、経験依存的な長期増強(LTP)を示すこと(Watabe et al., 2013, Sugimura et al., 2016)などを見出してきた。また、腕傍核には甘味・苦味や積極性・消極性など、相反する情動を担う細胞群が示唆されている。そこで、本研究では情動価値を司る扁桃体神経回路に着目し、情動価値を個別に可視化する。さらに、光電気生理解析の結果にもとづき、個体レベルで人工的可塑性を誘導し、好き嫌いや積極性の逆転・レスキューを試みる。本研究は、人工的な個性の書き換えという視点から、個性創発の神経回路基盤を明らかにすると共に、個性と病気の境界線の理解にむけた、新たな疾患の捉え方に繋がる創造も期待できる。

  • 研究代表者
    教授渡部 文子

    東京慈恵会医科大学 総合医科学研究センター 臨床医学研究所

    専門分野:
    神経科学、電気生理学、分子行動科学

    Eメールアドレス:
    awatabe*jikei.ac.jp
    (*を@に置き換えてください)

    URL:作成中

代表者の主要論文
  • Yokose, J., Okubo-Suzuki, R., Nomoto, M., Ohkawa, N., Nishizono, H., Suzuki, A., Matsuo, M., Tsujimura, S., Takahashi, Y., Nagase, M., Watabe, A.M., Sasahara, M., Kato, F., Inokuchi, K. Overlapping memory trace indispensable for linking, but not recalling, individual memories.
    Science, 355:398-403, 2017.
  • Sugimura, Y.K., Takahashi, Y., Watabe, A.M., Kato, F., Synaptic and network consequences of monosynaptic nociceptive inputs of parabrachial nucleus origin in the central amygdala.
    Journal of Neurophysiology 115: 2721-2739, 2016.
  • Watabe, A.M., Nagase, M., Hagiwara, A., Hida, Y., Tsuji, M., Ochiai, T., Kato, F., Ohtsuka, T. SAD-B Kinase regulates presynaptic vesicular dynamics at hippocampal Schaffer collateral synapses and affects contextual fear memory.
    Journal of Neurochemistry 136: 36-47, 2016.
  • Sato, M., Ito, M., Nagase, M., Sugimura, Y.K., Takahashi, Y., Watabe, A.M. #, Kato, F. The lateral parabrachial nucleus is actively involved in the acquisition of fear memory in mice.
    Molecular Brain 8:22, 1-15, 2015. (#CA) 
  • Watabe, A.M.#, Ochiai, T., Nagase, M., Takahashi, Y., Sato, M., Kato, F. Synaptic Potentiation in the Nociceptive Amygdala Following Fear Learning in Mice. 
    Molecular Brain 6: 11, 1-14, 2013. (#CA)
  • Kato, H.K., Watabe, A.M., Manabe, T. Non-Hebbian synaptic plasticity induced by repetitive postsynaptic action potentials.
    Journal of Neuroscience 29: 11153-11160, 2009.
  • Nakazawa, T.*, Komai, S.*, Watabe, A.M.*, Kiyama, Y., Fukaya, M., Arima-Yoshida, F., Horai, R., Sudo, K., Ebine, K., Delawary, M., Goto, J., Umemori, H., Tezuka, T., Iwakura, Y., Watanabe, M., Yamamoto, T. Manabe T. NR2B tyrosine phosphorylation modulates fear learning as well as amygdaloid synaptic plasticity. (*Equal contribution)
    EMBO Journal 25: 2867-2877, 2006.
  • Watabe, A.M., O’Dell, TJ. Age-related changes in theta frequency stimulation-induced long-term potentiation.
    Neurobiolgy of Aging 24: 267-272, 2003.
  • Watabe, A.M., Carlisle, H,J., O'Dell, T.J. Postsynaptic induction and presynaptic expression of group 1 mGluR-dependent LTD in the hippocampal CA1 region.
    Journal of Neurophysiology 87: 1395-1403, 2002.
  • Watabe, A.M., Zakki, P.A., O’Dell, T.J. Coactivation of beta-adrenergic and cholinergic receptors enhances the induction of long-term potentiation and synergistically activates mitogen-activated protein kinase in the hippocampal CA1 region.
    Journal of Neuroscience 20: 5924-5931, 2000.

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A03: 「個性」創発研究のための計測技術と数理モデル

ヒト化マウス作製技術により明らかにする脳神経系発生発達多様性の分子的基盤

写真:井上-上野 由紀子
研究代表者

国立精神・神経医療研究センター 神経研究所 疾病研究第六部
研究員 井上-上野 由紀子

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代表メッセージ

自閉スペクトラム症(ASD)はその名の通り症状に幅広い連続性を持つが、軽症者と定型発達者のあいだにもまた、明確な境界線は無い。定型発達者の中にも、ASDの診断基準は充たさないものの、社会的コミュニケーション、自己の知覚・他者の知覚、社会適応における自己制御などにおいて「独特さ」がみられることがあり、autistic-like traits(閾値下の自閉症様特性)と呼ばれている。このような「個性」発現に関わる遺伝子座に着目し、生命科学に革命をもたらしたCRISPR/Cas9ゲノム編集技術およびBACトランスジェニック技術を駆使して「ヒト化マウス」を作製することにより、塩基配列の個体差が脳神経系発生発達多様性に与える影響を解析することを目的とする。また、最先端のゲノム編集技術を通して領域内の共同研究を積極的に推進する。

ヒト化マウスは、マウス遺伝子座をノックアウトすると同時にヒト遺伝子座を丸ごとノックインすることによって得られるマウスを指す。われわれの全ゲノム配列の中で蛋白質をコードする配列(遺伝子)はわずか数%のみであるので、それ以外の遺伝子発現調節配列(エンハンサー)にも「個体の多様性」をうみだす情報が多く含まれていると考えられる。調節領域の塩基配列はヒトとマウスでは進化的に保存されていないことが多いため、ヒト型遺伝子発現様式を保持したマウスモデル作出により新たな研究アプローチを目指す。

研究説明イメージ画像
  • 研究代表者
    研究員井上-上野 由紀子

    国立精神・神経医療研究センター 神経研究所 疾病研究第六部

    専門分野:
    ゲノム編集、神経発生発達障害

    Eメールアドレス:
    yinn3*ncnp.go.jp
    (*を@に置き換えてください)

    URL:
    http://www.ncnp.go.jp/nin/guide/r6/index-lab2/

代表者の主要論文
  • Inoue YU and Inoue T: Brain enhancer activities at the gene-poor 5p14.1 autism-associated locus. Scientific Reports, 6, 31227, 2016
  • Ito Y, Inoue N, Inoue YU (equally contributed first author), Nakamura S, Matsuda Y, Inagaki M, Ohkubo T, Asami J, Terakawa YW, Kohsaka S, Goto Y, Akazawa C, Inoue T, Inoue K: Additive dominant effect of a SOX10 mutation underlies a complex phenotype of PCWH. Neurobiology of Disease, 80, 1-14, 2015 (Chosen as a cover article)
  • Hass MR, Liow HH, Chen X, Sharma A, Inoue YU Inoue T, Reeb A, Martens A, Fulbright M, Raju S, Stevens M, Boyle S, Park JS, Weirauch MT, Brent MR, Kopan R: SpDamID: Marking DNA Bound by Protein Complexes Identifies Notch-Dimer Responsive Enhancers. Molecular Cell, 59(4), 685-697, 2015
  • Osterhout JA, Josten N, Yamada J, Pan F, Wu SW, Nguyen PL, Panagiotakos G, Inoue YU, Egusa SF, Volgyi B, Inoue T, Bloomfield SA, Barres BA, Berson DM, Feldheim DA, Huberman AD: Cadherin-6 mediated axon-target matching in a non-image-forming visual circuit. Neuron, 71, 632-639, 2011
  • Asami J, Inoue YU (equally contributed first author), Terakawa YW, Egusa SF, Inoue T: Bacterial artificial chromosomes as analytical basis for gene transcriptional machineries. Transgenic Research, 20, 913-924, 2011
  • Terakawa YW,Inoue YU Asami J, Inoue T: Bacterial artificial chromosome-based experimental strategies in the field of developmental Neuroscience. Bacterial Artificial Chromosome (InTech, ISBN 978-953-307-725-3), Chapter7, 103-118, 2011
  • Terakawa YW, Inoue YU Asami J, Hoshino M, Inoue T: A sharp cadherin-6 gene expression boundary in the developing mouse cortical plate demarcates the future functional areal border. Cerebral Cortex, 10, 2293-2308, 2013
  • Egusa SF, Inoue YU, Asami J, Terakawa YW, Hoshino M, Inoue T: Classic cadherin expressions balance postnatal neuronal positioning and dendrite dynamics to elaborate the specific cytoarchitecture of the mouse cortical area. Neuroscience Research, 105, 49-64, 2016

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初期神経発生過程に生じる体細胞変異の頻度とパターンの解析

写真:岩本 和也
研究代表者

熊本大学大学院生命科学研究部 分子脳科学分野
教授 岩本 和也

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代表メッセージ

近年のゲノム科学研究により、我々の脳神経系を構成する細胞は同一のゲノムDNAを持っているのではなく、様々なメカニズムにより体細胞変異(発生過程で生じた変異)が生じており、細胞や細胞集団ごとに異なるDNA配列を有していると考えられています。これらの変異は次世代に遺伝せず細胞の機能・構造に多様性を与え、脳機能の変異幅を説明する要因の一つになり得ると考えられます。また、体細胞変異の頻度やパターンの異常が、精神神経疾患の病因や病態と密接に関係している可能性が考えられます。しかしながら、脳神経系における体細胞変異の研究は世界的に端緒についたばかりであり、全体像はほとんど明らかにされていません。本申請課題では、精神疾患関連動物モデルを用い、生理条件下および病態条件下において神経幹細胞・前駆細胞(neural stem cell/progenitor cell, NS/PC)に生じた体細胞変異の頻度とパターンを体系的なゲノム解析から明らかにしたいと考えています。

  • 研究代表者
    教授岩本 和也

    熊本大学大学院生命科学研究部 分子脳科学分野

    専門分野:
    エピジェネティクス、分子精神医学

    Eメールアドレス:
    iwamotok*kumamoto-u.ac.jp
    (*を@に置き換えてください)

    URL:
    https://www.molbrain.com/

代表者の主要論文
  • Ueda J, Murata Y, Bundo M, Oh-Nishi A, Kassai H, Ikegame T, Zhao Z, Jinde S, Aiba A, Suhara T, Kasai K, Kato T, Iwamoto K: Use of human methylation arrays for epigenome research in the common marmoset (Callithrix jacchus). Neuroscience Research, in press
  • Bundo M, Toyoshima M, Okada Y, Akamatsu W, Ueda J, Nemoto-Miyauchi T, Sunaga F, Toritsuka M, Ikawa D, Kakita A, Kato M, Kasai K, Kishimoto T, Nawa H, Okano H, Yoshikawa T, Kato T, Iwamoto K: Increased L1 retrotransposition in the neuronal genome in schizophrenia. Neuron, 81, 306-313, 2014
  • Hayashi-Takagi A, Vawter MP, Iwamoto K: Peripheral biomarkers revisited: integrative profiling of peripheral samples for psychiatric research. Biological Psychiatry, 75, 920-928, 2014.
  • Nishioka M, Bundo M, Kasai K, Iwamoto K: DNA methylation in schizophrenia: progress and challenges of epigenetic studies. Genome Medicine, 4, 96, 2012.
  • Sugawara H, Iwamoto K, Bundo M, Ueda J, Miyauchi T, Komori A, Kazuno A, Adati N, Kusumi I, Okazaki Y, Ishigooka J, Kojima T, Kato T: Hypermethylation of serotonin transporter gene in bipolar disorder detected by epigenome analysis of discordant monozygotic twins. Translational Psychiatry, 1, e24, 2011.
  • Iwamoto K, Bundo M, Ueda J, Oldham MC, Ukai W, Hashimoto E, Saito T, Gescwind DH, Kato T: Neurons show distinctive DNA methylation profile and higher interindividual variations compared with non-neurons. Genome Research, 21, 688-696, 2011.

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動的階層モデルによる行動形質の形成過程解析

写真:片平 健太郎
研究代表者

名古屋大学大学院 情報学研究科 心理・認知科学専攻 心理学講座
准教授 片平 健太郎

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代表メッセージ

本公募班では,行動に見られる「個性」の形成過程を研究するための解析手法の構築を目指します。特に,行動に表れる個性を特徴づけるために,その背後にある情報処理過程や計算のメカニズムを表現する数理モデルを用いた計算論的アプローチに着目します。計算論的アプローチでは,行動データから推定される計算論モデルのパラメータやモデル構造をもとに個人や個体の行動を特徴づけることができます。モデルパラメータの安定した推定値を得るための方法として,集団レベルの分布と個人のモデルを階層的に用いる階層モデルと呼ばれる方法が有効であることが知られています。しかしながら,既存の枠組みは発達や加齢に伴うパラメータの経時的変化を追従するものに適したものではありませんでした。本研究では,階層モデルに基づく推定法の枠組みを発展させ,集団におけるパラメータの経時的変化をとらえながら推定する枠組みを構築します。また,開発した解析手法をラットの行動データに適用し,不安様行動や環境変動への柔軟性等の,行動における個性が形成されていく過程を明らかにすることを目指します。それらを通して,個性創発学のための研究基盤構築に貢献していきたいと考えています。

  • 研究代表者
    准教授片平 健太郎

    名古屋大学大学院 情報学研究科 心理・認知科学専攻 心理学講座

    専門分野:
    計算論的行動科学,学習心理学

    Eメールアドレス:
    katahira*lit.nagoya-u.ac.jp
    (*を@に置き換えてください)

    URL:
    https://sites.google.com/site/nagoyacbslab/

代表者の主要論文
  • Toyama A, Katahira K, & Ohira, H: A simple computational algorithm of model-based choice preference. Cognitive, Affective, & Behavioral Neuroscience, in press, 2017.
  • Katahira K: How hierarchical models improve point estimates of model parameters at the individual level. Journal of Mathematical Psychology, 73, 37-58, 2016.
  • Mizoguchi H, Katahira K, Inutsuka A, Fukumoto K, Nakamura A, Wang T, Nagai T, Sato J, Sawada M, Ohira H, Yamanaka A, Yamada K: Insular neural system controls decision-making in healthy and methamphetamine-treated rats. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 112 (29), E3930-E3939, 2015.
  • Katahira K: The relation between reinforcement learning parameters and the influence of reinforcement history on choice behavior. Journal of Mathematical Psychology, 66, 59–69, 2015.
  • Katahira K, Matsuda YT, Fujimura T, Ueno K, Asamizuya T, Suzuki C, Cheng K, Okanoya K, Okada M: Neural basis of decision-making guided by emotional outcomes. Journal of Neurophysiology, 113 (9), 3056-3068. 2015.
  • Bai Y, Katahira K, Ohira H: Valence-separated representation of reward prediction error in feedback-related negativity and positivity. Neuroreport, 26, 157–162. 2015.
  • Katahira K, Fujimura T, Matsuda YT, Okanoya K, Okada M: Individual differences in heart rate variability are associated with the avoidance of negative emotional events. Biological Psychology, 103, 322–331. 2014.
  • Katahira K, Suzuki K, Kagawa H, Okanoya K: A simple explanation for the evolution of complex song syntax in Bengalese finches. Biology Letters, 9, 20130842. 2013.
  • Katahira K, Okanoya K, Okada M: Statistical mechanics of reward-modulated learning in decision-making networks. Neural Computation, 24(5), 1230-1270. 2012.
  • Katahira K, Fujimura T, Okanoya K, Okada M: Decision-making based on emotional images. Frontiers in Psychology, 2, 311, 2011.

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記憶の個性を細胞レベルで定義する光学技術の開発

写真:後藤 明弘
研究代表者

京都大学大学院医学研究科 システム神経薬理学部門
特定助教 後藤 明弘

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代表メッセージ

記憶力の個体差(個性)は何によるものか?記憶の一般的なメカニズムは明らかにされてきたが、そのメカニズムのどこで記憶力の個性が生み出されるか、細胞レベルでは明らかになっていない。細胞レベルでの記憶とは、神経細胞同士の同期した活性(セルアセンブリ)であり、学習後、複数の細胞間でLTP が誘導され、細胞間のシナプスが強化されることで同期性が形成されていくと考えられている。したがって記憶力の個性は、セルアセンブリの形成能力の違いにより生じるという仮説を立てた。本研究では、各個体の脳内で形成されるセルアセンブリと記憶行動を同時に観察できる技術を開発することでこの仮説を検討し、記憶力の個性の細胞レベルでの定義づけを目指す。海馬内でLTP により形成されるセルアセンブリを検出するために、これまで開発してきた光照射によるLTP 解除法と内視顕微鏡(Goto_PNAS,2015)を応用し、自由運動マウスの脳内におけるセルアセンブリの観察と光照射によるLTP 解除を同時に行える光学技術を開発する。この技術を用いて光照射によるLTP解除を行い、消失する神経活動を解析することで、記憶を担うセルアセンブリの詳細な時空間情報を取得する。各個体におけるセルアセンブリの時空間情報と記憶能力の相関を求めることで、記憶力の個性を生み出す細胞レベルでのメカニズムを明らかとする。

研究説明イメージ画像
代表者の主要論文
  • Yamaguchi T, Goto A, Nakahara I, Yawata S, Hikida T, Matsuda M, Funabiki K, and Nakanishia S. Role of PKA signaling in D2 receptor-expressing neurons in the core of the nucleus accumbens in aversive learning. Proc Natl Acad Sci U S A. 112 (36):11383-11388. 2015.
  • Goto A, Nakahara I, Yamaguchi T, Kamioka Y, Sumiyama K, Matsuda M, Nakanishi S, and Funabiki K :Circuit-dependent striatal PKA and ERK signalings underlie behavioral shift in Male Mating Reaction. Proc Natl Acad Sci U S A. 112 (21):6718-23. 2015.
  • Goto A, Kamioka Y, Matsuda M : PKA modulation of Rac in neuronal cells.
    Front. Cell. Neurosci. 8:321. 2014
  • Ueyama, T., Sakaguchi, H., Nakamura, T., Goto A., Morioka, S. Shimizu, A., Nakao, K., Hishikawa, Y., Ninoyu, Y., Kassai, H., Suetsugu, J., Koji, T., Fritzsch, B., Yonemura, S., Hisa, Y., Matsuda, M., Aiba, A., and Saito, N : Maintenance of stereocilia and apical junctional complexes by Cdc42 in cochlear hair cells. J. Cell Sci. 127, 2040-2052. 2014
  • Nakamura T, Yasuda S, Nagai H, Koinuma S, Morishita S, Goto A, Kinashi T, and Wada N : Longest neurite-specific activation of Rap1B in hippocampal neurons contributes to polarity formation through RalA and Nore1A in addition to PI3-kinase. Genes Cells. 18(11):1020-31. 2013
  • Goto A, Kenta Sumiyama, Yuji Kamioka, Eiji Nakasyo, Keisuke Ito, Mitsuhiro Iwasaki, Hideki Enomoto, Michiyuki Matsuda : GDNF and Endothelin 3 regulate migration of enteric neural crest-derived cells via protein kinase A and Rac1. J Neurosci. 33(11):4901-4912. 2013
  • Goto A, Hoshino M, Matsuda M, Nakamura T : Phosphorylation of STEF/Tiam2 by protein kinase A is critical for Rac1 activation and neurite outgrowth in dibutyryl cAMP-treated PC12D cells. Mol Biol Cell. 22:1780-90. 2011.

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不安の個体差を担うシナプス機構の解析

写真:小林 克典
研究代表者

日本医科大学薬理学
准教授 小林 克典

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代表メッセージ

私は長年中枢神経細胞の生理学的解析を行ってきましたが、近年はその成果を基にモデル動物を用いて精神疾患の病態基盤の研究を行っています。一般に精神疾患では、同じ疾患に分類される患者でも症状は多様であり、その病態基盤はさらに多様と予想されます。そのため細胞レベルの生理学研究から疾患の診断や治療に応用可能な知見を得るためには、モデル動物の行動変化や異常を個体ごとに細胞レベルの変化で説明可能にすることが重要です。このような考えに基づき、様々なモデルマウスの生理学的解析を行ってきたところ、ある種の不安様行動と海馬のシナプス機能の間に相関があることに気付きました。この結果は、行動の個体差、言わば個性が特定のシナプスによって決定されている可能性を示唆しており、驚くべき結果と言えます。しかし、相関関係は相関関係に過ぎず、因果関係の有無は不明です。また、この関係が一部のモデルマウスに特異的なのか、あるいは一般性を持つものかも分かりません。本研究ではこれらの点を検討し、マウスの不安様行動の個体差がシナプス機能の個体性でどこまで説明可能かを明らかにすることを目標とします。

  • 研究代表者
    准教授小林 克典

    日本医科大学薬理学

    専門分野:
    神経生理学、神経科学

    Eメールアドレス:
    kkatsu-tky*umin.ac.jp
    (*を@に置き換えてください)

    URL:
    http://www2.nms.ac.jp/nms/pharmacol/

代表者の主要論文
  • Kobayashi K, Imoto Y, Yamamoto F, Kawasaki M, Ueno M, Segi-Nishida E, Suzuki H: Rapid and lasting enhancement of dopaminergic modulation at the hippocampal mossy fiber synapse by electroconvulsive treatment. Journal of Neurophysiology, 117, 284-289, 2017
  • Kobayashi K, Ikeda Y, Asada M, Inagaki H, Kawada T, Suzuki H: Corticosterone facilitates fluoxetine-induced neuronal plasticity in the hippocampus. PLoS One, 8, e63662, 2013
  • Kobayashi K, Haneda E, Higuchi M, Suhara T, Suzuki H: Chronic fluoxetine selectively upregulates dopamine D1-like receptors in the hippocampus. Neuropsychopharmacology, 37, 1500-1508, 2012
  • Kobayashi K, Umeda-Yano S, Yamamori H, Takeda M, Suzuki H, Hashimoto R: Correlated alterations in serotonergic and dopaminergic modulations at the hippocampal mossy fiber synapse in mice lacking dysbindin. PLoS One, 6, e18113, 2011
  • Kobayashi K, Ikeda Y, Suzuki H: Behavioral destabilization induced by the selective serotonin reuptake inhibitor fluoxetine. Molecular Brain, 4, 12, 2011
  • Kobayashi K, Ikeda Y, Sakai A, Yamasaki N, Haneda E, Miyakawa T, Suzuki H: Reversal of hippocampal neuronal maturation by serotonergic antidepressants. Proceedings of the National Academy of Sciences USA, 107, 8434-8439, 2010
  • Kobayashi K, Ikeda Y, Haneda H, Suzuki H: Chronic fluoxetine bidirectionally modulates potentiating effects of serotonin on the hippocampal mossy fiber synaptic transmission. Journal of Neuroscience, 28, 6272-6280, 2008
  • Kobayashi K, Ikeda Y, Suzuki H: Locomotor activity correlates with modifications of hippocampal mossy fibre synaptic transmission. European Journal of Neuroscience, 24, 1867-1873, 2006
  • Kobayashi K, Poo M-m: Spike train timing-dependent associative modification of hippocampal CA3 recurrent synapses by mossy fibers. Neuron, 41, 445-454, 2004
  • Kobayashi K, Manabe T, Takahashi T: Presynaptic long-term depression at the hippocampal mossy fiber-CA3 synapse. Science, 273, 648-650, 1996

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「個性」創発メカニズム解明のための樹状突起スパインイメージング法の開発と応用

写真:坂本 雅行
研究代表者

東京大学大学院医学系研究科
助教 坂本 雅行

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代表メッセージ

ヒトを含めた哺乳類の個性形成には、遺伝的要因と環境的要因の両者が関係することが知られています。環境的要因の中でも、生後発達初期(幼児期~思春期)における親から受ける養育は、子供の個性創発に最も大きな影響を与える要因の一つと考えられています。しかしながら、親から受ける養育行動が、生後発達期における子供の脳神経回路や個性創発に与える影響については未だよくわかっていません。その理由の一つとして、生後発達期における個性創発のプロセスを経時的に観察する手法が確立されていないことが挙げられます。本研究計画では、個性創発のメカニズム解明のための新技術として、生後発達初期におけるニューロンの形態や活動を経時的に観察するイメージング法を開発します。具体的には、2光子励起顕微鏡による生体カルシウムイメージング法および生体膜電位イメージング法を用いて、げっ歯類の生後発達初期におけるニューロンの形態および活動について、単一スパインレベルで経時的に観察可能な方法を確立します。本イメージング技術を用いて、養育行動が個性創発に与える影響について明らかにするだけでなく、理想的な親子関係を築くための重要な基礎知識が得られることを期待しています。

  • 研究代表者
    助教坂本 雅行

    東京大学大学院医学系研究科

    専門分野:
    イメージング、神経科学

    Eメールアドレス:
    msakamoto*m.u-tokyo.ac.jp
    (*を@に置き換えてください)

    URL:
    http://www.neurochem.m.u-tokyo.ac.jp/index.html

代表者の主要論文
  • Sakamoto M, Ieki N, Miyoshi G, Mochimaru D, Miyachi H, Imura T, Yamaguchi M, Fishell G, Mori K, Kageyama R, Imayoshi I: Continuous postnatal neurogenesis contributes to the formation and maintenance of the functional olfactory bulb neural circuits. Journal of Neuroscience, 34: 5788-5799, 2014.
  • Sakamoto M, Kageyama R, Imayoshi I: The functional significance of newly born neurons integrated into olfactory bulb circuits. Frontiers in Neuroscience, 8, 121, 2014.
  • Sakamoto M, Imayoshi I, Ohtsuka T, Yamaguchi M, Mori K, Kageyama R: Continuous neurogenesis in the adult forebrain is required for innate olfactory responses. Proceedings of the National Academy of Sciences, 108: 8479-8484, 2011.
  • Imayoshi I, Sakamoto M, Yamaguchi M, Mori K, Kageyama R. Essential roles of Notch signaling in maintenance of neural stem cells in developing and adult brains. Journal of Neuroscience 30: 3489-3498, 2010.
  • Imayoshi I, Sakamoto M, Ohtsuka T, Miyakawa T, Takao K, Mori K, Yamaguchi M, Ikeda T, Itohara T, Kageyama R, Roles of continuous neurogenesis in the structural and functional integrity of the adult forebrain. Nature Neuroscience 11: 1153-1161, 2008.

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個性を担う精神活動の大規模解析

写真:佐々木 拓哉
研究代表者

東京大学大学院薬学系研究科
助教 佐々木 拓哉

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代表メッセージ

生物の多様性を知るには、複雑な個体差を解析すべき変数として積極的に取り入れ、1つ1つの生体信号との関連を抽出していく必要がある。そのためには、個体毎の多様性やバラつきが許容される実験条件にて、各個体の生命現象を網羅的(マクロ)かつ子細(ミクロ)に計測できる実験技法が求められる。私はこれまで、大脳皮質領域の神経活動計測を主に扱ってきたが、本研究ではこの技術を拡張し、脳深部や心電図、呼吸リズムなど、さらに広範な生体部位の電気信号を網羅的に記録する大規模計測技術を開発する。この方法を用いて、特に精神的ストレス応答の個体差に着目する。ストレスなどの精神的負荷を受けると、動物には様々な機能変調が生じるが、反応を強く生じる動物個体とそうでない個体が見られる。この個体差について、不安様行動、うつ様行動、記憶成績、ストレス環境文脈に対応する神経活動、ストレス経験後の神経発火再生、自律神経活性、探索行動頻度などを可能な限り同時に計測し、多変量データの中での要素間の相関関係、因果関係を考察する。このような検討を通じて、生体反応の個体差の基となる神経動態および中枢末梢連関を読み解くような新しい研究体系の構築に挑み、本領域が掲げる「解析システム・解析装置の開発や数理モデルの構築」を推進する。

研究説明イメージ画像
  • 研究代表者
    助教佐々木 拓哉

    東京大学大学院薬学系研究科

    専門分野:
    神経生理学、神経薬理学

    Eメールアドレス:
    tsasaki*mol.f.u-tokyo.ac.jp
    (*を@に置き換えてください)

    URL:
    http://sasaki-brain.net/

代表者の主要論文
  • Sasaki T*, Nishimura Y, Ikegaya Y: Simultaneous recordings of central and peripheral bioelectrical signals in a freely moving rodent. Biological and Pharmaceutical Bulletin, in press.
  • Igata H, Sasaki T*, Ikegaya Y*: Ealry failures benefit subsequent task performance. Scientific Reports, 6, 21293, 2016.
  • Sasaki T, Leutgeb S, Leutgeb JK*: Spatial and memory circuits in the medial entorhinal cortex. Current Opinion in Neurobiology, 32, 16-23, 2015.
  • Beppu K+, Sasaki T+, Tanaka KF, Yamanaka A, Fukazawa Y, Shigemoto R, Matsui K*: Optogenetic countering of glial acidosis supresses glial glutamate release and ischemic brain damage. Neuron, 81, 314-320, 2014.
  • Sasaki T*: The axon as a unique computational unit in neurons. Neuroscience Research, 75, 83-88, 2013.
  • Sasaki T+, Beppu K+, Tanaka KF, Fukazawa Y, Shigemoto R, Matsui K*: Application of an optogenetic byway for perturbing neuronal activity via glial photostimulation. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 109, 20720-20725, 2012.
  • Sasaki T*, Matsuki N, Ikegaya Y: Targeted axon-attached recording with fluorescent patch-clamp pipettes in brain slices. Nature Protocols, 7, 1228-1234, 2012.
  • Sasaki T, Matsuki N, Ikegaya Y*: Effects of axonal topology on the somatic modulation of synaptic outputs. Journal of Neuroscience, 32, 2868-2876, 2012.
  • Sasaki T, Matsuki N, Ikegaya Y*: Action potential modulation during axonal conduction. Science, 331, 599-601, 2011.
  • Sasaki T, Kuga N, Namiki S, Matsuki N, Ikegaya Y*: Locally synchronized astrocytes. Cerebral Cortex, 21: 1889-1900, 2011.

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