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。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、その変異Thr136Ileヒト集団中に平衡選択で維持されていることを示しました。前半の2年の研究では、VMAT1遺伝子に生じたヒト特異的なアミノ酸置換の効果をin vitroの実験系により、人類の進化過程ではVMAT1のモノアミン取り込み能が減少していることを明らかにしたました。また、東北メディカル・メガバンク機構の大規模コホートデータを用いた解析により、Thr136Ileが積極的に維持されるメカニズムとして、VMAT1遺伝子型と環境(人とのつながり)の交互作用のほか、ヘテロ型の優位性(超優性)が働いている可能性を示しましましした。今後2年間では、ヒト型変異を導入したゲノム編集マウスを用いた脳機能・行動解析と同時に、ToMMoの大規模MRIデータを用いた解析を行うことで、VMAT1遺伝子型の違いが脳システム及び個体の行動にどのような影響を及ぼすのかを明らかにする予定です。

  • 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*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
  • Sato, D. X. and M. Kawata (2018) Positive and balancing selection on SLC18A1 gene associated with psychiatric disorders and human-unique personality traits. Evolution Letters 2:499-510
  • Sakai, Y., S. Kawamura, and M. Kawata (2018) Genetic and plastic variation in opsin gene expression, light sensitivity, and female response to visual signals in the guppy. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 115:12247-12252
  • 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. Simoes,, M. H. Allsopp, I. Kandemir, P. D. la Rua, 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 Kawata, M. Genome-wide deserts for copy number variation in vertebrates. Nature Communications 4:2283, 2013
  • Makino, T. and Kawata, M. Habitat variability correlates with duplicate content of Drosophilagenomes. Molecular Biology and Evolution, 29, 3169-3179, 2014
  • 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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脳溝形成の個人差に着目した早産児神経発達予後予測モデルの開発

写真:城所 博之
研究代表者

名古屋大学医学部小児科
助教 城所 博之

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代表メッセージ

ヒト胎生期の脳発生発達の中で、もっともダイナミックかつヒト特異的なプロセスの一つが大脳皮質の脳溝形成である。ヒトの脳溝は限られた脳領域(例えば、中心溝や鳥矩溝)ではよく似たパターンを示すが、全体としては個人差が非常に大きい。ヒトの脳溝の形成機序やバリエーション生成に関して、様々なモデルが提唱されてきたが、十分に解明されていない。

私達はこれまで、ヒト早産児の脳構造や脳機能の変容を、様々なMRI撮像法を駆使し明らかにしてきた。超早産児には、自閉スペクトラム症や知的発達症を含む神経学的後障害が高率に観察される。これら後障害が生じるメカニズムとして、近年は、大脳「皮質」の直接障害あるいは二次的成熟障害の重要性が明らかにされ始めている。しかし、個々の脳溝パターンのバリエーションから個別に予後を推定しうるか、とうい課題は未解決である。

さらに、私たちは、超早産児において特異な中心溝を呈する症例を報告した。超早産児では、個人差が最も少ない中心溝といえども変容をきたすものと考えられる。このような「特異な中心溝」を持つ児の臨床像を明らかにすることは、「いつ」「どのような」環境要因が働き、特異な脳溝形成に至ったのか、「個人」レベルで明らかにできる可能性がある。

このような背景を踏まえ、私たちは早産出生児の脳溝パターンのバリエーションから、児の将来の神経発達予後予測や、過去の周産期既往を個別に推定することを最終目標に掲げる。

  • 研究代表者
    助教城所 博之

    名古屋大学医学部小児科

    専門分野:
    小児神経学

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

代表者の主要論文
  • Sakaguchi Y, Kidokoro H, Ogawa C, Okai Y, Ito Y, Yamamoto H, Ohno A, Nakata T, Tsuji T, Nakane T, Kawai H, Kato K, Naganawa S, Natsume J. Longitudinal Findings of MRI and PET in West Syndrome with Subtle Focal Cortical Dysplasia.AJNR Am J Neuroradiol,39, 1932-1937, 2018.
  • Ogawa C, Kidokoro H, Fukasawa T, Yamamoto H, Ishihara N, Ito Y, Sakaguchi Y, Okai Y, Ohno A, Nakata T, Azuma Y, Hattori A, Kubota T, Tsuji T, Hirakawa A, Kawai H, Natsume J. Cytotoxic edema at onset in West syndrome of unknown etiology: A longitudinal diffusion tensor imaging study.Epilepsia, 59, 440-448, 2018.
  • Kidokoro H, de Vries LS, Ogawa C, Ito Y, Ohno A, Groenendaal F, Saitoh S, Okumura A, Ito Y, Natsume J. Predominant area of brain lesions in neonates with herpes simplex encephalitis.J Perinatol. 37, 1210-1214, 2017.
  • Kidokoro H, Anderson PJ, Doyle LW, Woodward LJ, Neil JJ, Inder TE. Brain injury and altered brain growth in preterm infants: predictors and prognosis.Pediatrics,134, e444-53, 2014.
  • Pineda RG, Neil J, Dierker D, Smyser CD, Wallendorf M, Kidokoro H, Reynolds LC, Walker S, Rogers C, Mathur AM, Van Essen DC, Inder T. Alterations in brain structure and neurodevelopmental outcome in preterm infants hospitalized in different neonatal intensive care unit environments.J Pediatr,164, 52-60.e2, 2014.
  • Kidokoro H, Neil JJ, Inder TE. New MR imaging assessment tool to define brain abnormalities in very preterm infants at term.AJNR Am J Neuroradiol, 34, 2208-14, 2013.
  • Kidokoro H, Kubota T, Hayakawa M, Kato Y, Okumura A. Neonatal seizure identification on reduced channel EEG.Arch Dis Child Fetal Neonatal Ed. 98, F359-61, 2013.
  • Hayashi-Kurahashi N, Kidokoro H, Kubota T, Maruyama K, Kato Y, Kato T, Natsume J, Hayakawa F, Watanabe K, Okumura A. EEG for predicting early neurodevelopment in preterm infants: an observational cohort study.Pediatrics,130,e891-7,2012.
  • Rogers CE, Anderson PJ, Thompson DK, Kidokoro H, Wallendorf M, Treyvaud K, Roberts G, Doyle LW, Neil JJ, Inder TE. Regional cerebral development at term relates to school-age social-emotional development in very preterm children.J Am Acad Child Adolesc Psychiatry,51,181-91,2012.
  • Kidokoro H, Okumura A, Hayakawa F, Kato T, Maruyama K, Kubota T, Suzuki M, Natsume J, Watanabe K, Kojima S. Chronologic changes in neonatal EEG findings in periventricular leukomalacia.Pediatrics,124,e468-75,2009.

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当事者視点と社会モデルを踏まえた自閉スペクトラム症研究プラットフォームの実現 

写真:熊谷 晋一郎
研究代表者

東京大学先端科学技術研究センター
准教授 熊谷 晋一郎

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代表メッセージ

1980年代以降、障害に関する考え方は、障害のある人々を多数派に近づける医学モデル(medical model)から、可変性に限界のある個人の心身機能(impairment)やその変化にかかるコストを考慮に入れながら、多様な個性を包摂する社会環境のデザインを実現する社会モデル(social model)に取って代わった。近年は、ASD領域においても当事者視点と社会モデルを踏まえた研究が徐々に現れている。

我々もまた当事者視点と社会モデルを踏まえ、ASD 当事者とともに、本人を取り巻く社会環境が変動してもほとんど変化しない個性について、当事者研究という日本独自のアプローチによって探求し、ボディイメージが不安定であること、パーソナルスペースが狭いこと、触覚刺激に対する自律神経反応が大きいこと、声の制御においてフィードバックの予測誤差に敏感で、内部モデルに基づくフィードフォワード制御が弱いことなど実験的に検証してきた。更にこうした理解を踏まえ、ASD者にとって参加しやすいコミュニケーション様式を明らかにしてきた。

本課題では、上記のような当事者と研究者の共同によるASD研究、すなわちASDの?co-production of research”(Nature 2018)を実現するために、A. 当事者研究の講習プログラムの確立、B. 当事者研究と学術研究の相互交流、C. ASD に関する日英比較研究の3つを実施する。

  • 研究代表者
    准教授熊谷 晋一郎

    東京大学先端科学技術研究センター

    専門分野:
    当事者研究、小児科学

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

    URL:
    http://touken.org/

代表者の主要論文
  • Ohmura Y, Ichikawa I, Kumagaya S, Kuniyoshi Y: Stapedial reflex threshold predicts individual loudness tolerance for people with autistic spectrum disorders. Experimental Brain Research, 237, 91-109, 2019.
  • Lin IF, Hiroya S, Asada K, Ayaya S, Kumagaya S, Kato M: Vocal analysis of speech in adults with autism spectrum disorders. Acoustical Science and Technolog, 39, 154-157, 2018.
  • Asada K, Tojo Y, Hakarino K, Saito A, Hasegawa T, Kumagaya, S: Body image in autism: Evidence from body size estimation. Journal of Autism and Developmental Disorders, 48, 611-618, 2018.
  • Kumagaya S: Informational support design aiming for the accommodation of individuals with autism spectrum disorders based on the social model of disability: From a user-led research perspective. Journal of the National Institute of Public Health, 66, 532-544, 2017.
  • Fukuyama H, Kumagaya S, Asada K, Ayaya S, Kato M: Autonomic versus perceptual accounts for tactile hypersensitivity in autism spectrum disorder. Scientific Reports, 7, 8259, 2017.
  • Inui, T, Kumagaya S, Myowa-Yamakoshi M: Neurodevelopmental hypothesis about the etiology of autism spectrum disorders, Frontiers in Human Neuroscience, 11, 354, 2017.
  • Osumi H, Sumitani M, Kumagaya S, Morioka S: Optimal control of reaching is disturbed in complex regional pain syndrome (CRPS): a single-case study, Journal of Pain Research, 10, 167-173, 2017.
  • Asada K, Tojo Y, Osanai H, Saito A, Hasegawa T, Kumagaya S: Reduced personal space in individuals with autism spectrum disorder. PLoS ONE, 11, e0146306, 2016.
  • Lin IF, Mochida T, Asada K, Ayaya S, Kumagaya S, Kato M: Atypical delayed auditory feedback effect and Lombard effect on speech production in high-functioning adults with autism spectrum disorder, Frontiers in Human Neuroscience, 9, 510, 2015.
  • Aramaki E, Shikata S, Miyabe M, Usuda Y, Asada K, Ayaya S, Kumagaya S: Understanding the relationship between social cognition and word difficulty. A language based analysis of individuals with autism spectrum disorder. Methods of information in medicine, 54, 522-529, 2015.
  • Kumagaya, S: Tojisha-kenkyu of autism spectrum disorders. Advanced Robotics, 29, 25-34, 2015.
  • Sumitani M, Misaki M, Kumagaya S, Ogata T, Yamada Y, Miyauchi S: Dissociation in accessing space and number representation in pathologic pain patients. Brain and Cognition, 90, 151-156, 2014.

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オープンリソースの深層学習と標本外予測による個性の脳マッピング

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.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理解できるのではないかと考えてきました.

個人の行動やパーソナリティの特徴を記述する尺度の集合が,心理・行動特徴の全体像を反映するならば,個性は,一連の尺度による多次元空間の配置と考えることができます.すなわち,行動・心理の特徴と脳画像データを収集すれば,個々人の個性を描出し,個性と脳の関係を理解することが可能になります.しかし一方で,相応の標本サイズが必要となることが予想されます.そこで本研究は,オープンリソースで提供されている脳画像と心理・行動特徴のビッグデータを用いて,個人の脳画像から,多次元の行動特徴を予測する予測器を構築し,特徴的な脳機構を同定する「個性の脳マッピング」を目的とします.とりわけ,ビッグデータを学習した予測器に,独自の実験で収集した脳機能画像データを入力することにより,個性の予測と脳機能マッピングを行う計画です.この枠組みにより,脳画像からその個人を特徴付ける行動と背後にある脳機構が描出可能になると考えています.

  • 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, 28, 1105-1116, 2018.
  • 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 animals? 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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マイクロエクソンに注目した脳と個性の発現に関する多階層情報解析

写真:城田 松之
研究代表者

東北大学大学院医学系研究科創生応用医学研究センター新医学領域創生分野
講師 城田 松之

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代表メッセージ

マイクロエクソンは3?27塩基程度の短いエクソンであり、選択的スプライシングを受けることでタンパク質のアミノ酸配列に挿入欠失を生じさせタンパク質機能を変化させることが示唆されています。特に神経細胞において発達段階特異的に選択的スプライシングを受けるものがあり、その異常は自閉症などの精神神経疾患と関連することが知られています。しかしながら、これまでの研究ではマイクロエクソンの調節に果たすゲノム多型の影響や一細胞ごとの選択スプライシングパターンの変動、タンパク質の構造やタンパク質間相互作用の安定性への影響については十分に解析されていませんでした。近年、次世代シークエンサの発達によりゲノム・トランスクリプトームなどの配列データが急速に増加しており、また電子顕微鏡解析技術の革新によりヒトの新しいタンパク質立体構造データも増加しています。また、ヒトの疾患などの表現型データについてもゲノム情報と紐付いた形で増加しています。本研究ではゲノム・トランスクリプトーム・タンパク質構造・表現型の多階層データを統合した解析を行い、マイクロエクソンという軸を通じてゲノム情報から個性の発現との間のギャップを埋める研究を行います。

  • 研究代表者
    講師城田 松之

    東北大学大学院医学系研究科創生応用医学研究センター新医学領域創生分野

    専門分野:
    バイオインフォマティクス、タンパク質構造

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

    URL:
    http://www.med.tohoku.ac.jp/about/laboratory/230.html

代表者の主要論文
  • Kondo HX, Yoshida N, Shirota M, Kinoshita K. Molecular Mechanism of Depolarization-Dependent Inactivation in W366F Mutant of Kv1.2. J Phys Chem B. 2018 Nov 26. doi: 10.1021/acs.jpcb.8b09446.
  • Tadaka S, Saigusa D, Motoike IN, Inoue J, Aoki Y, Shirota M, Koshiba S, Yamamoto M, Kinoshita K. jMorp: Japanese Multi Omics Reference Panel. Nucleic Acids Res. 2018 Jan 4;46(D1):D551-D557. doi: 10.1093/nar/gkx978.
  • Shirota M, Kinoshita K. Discrepancies between human DNA, mRNA and protein reference sequences and their relation to single nucleotide variants in the human population. Database (Oxford). 2016 Sep 1;2016. pii: baw124. doi: 10.1093/database/baw124.
  • Kasahara K, Shirota M, Kinoshita K. Ion Concentration- and Voltage-Dependent Push and Pull Mechanisms of Potassium Channel Ion Conduction. PLoS One. 2016 Mar 7;11(3):e0150716. doi:10.1371/journal.pone.0150716.
  • Shirota M, Kinoshita K. Analyses of the general rule on residue pair frequencies in local amino acid sequences of soluble, ordered proteins. Protein Sci. 2013 Jun;22(6):725-33. doi: 10.1002/pro.2255.
  • Kasahara K, Shirota M, Kinoshita K. Comprehensive classification and diversity assessment of atomic contacts in protein-small ligand interactions. J Chem Inf Model. 2013 Jan 28;53(1):241-8. doi: 10.1021/ci300377f.
  • Shirota M, Ishida T, Kinoshita K. Absolute quality evaluation of protein model structures using statistical potentials with respect to the native and reference states. Proteins. 2011 May;79(5):1550-63. doi: 10.1002/prot.22982.
  • Shirota M, Ishida T, Kinoshita K. Development of a new meta-score for protein structure prediction from seven all-atom distance dependent potentials using support vector regression. Genome Inform. 2009 Oct;23(1):149-58.
  • Shirota M, Ishida T, Kinoshita K. Analyses on hydrophobicity and attractiveness of all-atom distance-dependent potentials. Protein Sci. 2009 Sep;18(9):1906-15. doi: 10.1002/pro.201.
  • Shirota M, Ishida T, Kinoshita K. Effects of surface-to-volume ratio of proteins on hydrophilic residues: decrease in occurrence and increase in buried fraction. Protein Sci. 2008 Sep;17(9):1596-602. doi: 10.1110/ps.035592.108.

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ヒトの個性形成とその神経基盤に関する統合的研究:てんかん患者における検討

写真:鈴木 匡子
研究代表者

東北大学大学院医学系研究科高次機能障害学
教授 鈴木 匡子

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代表メッセージ

高次脳機能は、脳のはたらきの中でもっとも「個性」が際立つものです。高次脳機能の個性を知るためには、それを支えている神経基盤の個人差を知る必要があります。我々は前期に引き続き、壊れた脳から「個性」を生み出す機構を解明したいと思っています。後期では、特に脳に短期的、長期的な損傷を与えうる難治性てんかん患者において、個々人の機能的差異と脳部位の関連を詳細に検討し、個性を形づくっている神経基盤の差異を明らかにすることを目的としています。

薬によりうまく治療できない難治性てんかん患者においては、てんかん焦点の切除が有用であることが知られています。その場合、術後の機能障害を避けるため、切除予定範囲に重要な機能がないかどうかを術前に調べる必要があります。そのため、選択的Wadaテスト、皮質電気刺激など脳の機能を直接的に短時間抑制する方法で個々人における機能野を明らかにします。また、神経心理学的に詳細な検討を行い、長期に渡るてんかん発作が術前の脳機能にどのような影響を与えているか、切除後に脳の機能がどのように変化したかを検討します。このようなデータを各個人で統合することにより、ヒトにおける高次脳機能の個性とその神経基盤を明らかにすることができると考えています。

  • 研究代表者
    教授鈴木 匡子

    東北大学大学院医学系研究科高次機能障害学

    専門分野:
    神経内科学、神経心理学

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

    URL:
    http://www.bncn.med.tohoku.ac.jp/

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
  • Oishi Y, Imamura T, Shimomura T, Suzuki K, Visual texture agnosia in dementia with Lewy bodies and Alzheimer’s disease, Cortex 103, 277-290, 2018
  • Ito S, Sato S, Saito N, Ohmuma A, Tobita M, Kimpara T, Iseki C, Suzuki K. Qualitative analysis for the “ideational apraxia” score from the Alzheimer’s Disease Assessment Scale Cognitive Subscale. Neurology and Clinical Neuroscience 2019 (in press)

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向社会性の個性を生み出す分子メカニズムの解明

写真:高岸 治人
研究代表者

玉川大学脳科学研究所
准教授 高岸 治人

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代表メッセージ

震災復興のためのボランティア活動や慈善団体への募金のような行動は向社会的行動と呼ばれ、ヒトという種を特徴づける行動の一つであると考えられています。私たちの研究室では向社会的行動の生物学的基盤について明らかにする研究を進めており、20代から60代までの成人約500名を対象に向社会性に関する行動指標とMRI画像、遺伝子多型、ホルモンといった生理的な指標との関連を検討してきました。これまでの研究の結果、人々が示す向社会的行動は一様ではなく、素早い直感的な向社会的行動を行う者、時間をかけた熟慮的な向社会的行動を行う者といった“個性”が存在すること(Yamagishi et al., 2017)、またヒトの第三染色体にあるオキシトシン受容体遺伝子(OXTR)の多型(rs53576)が向社会的行動の“個性”と強く関連することが明らかになりました(Nishina et al., 2015; Nishina et al., 2018)。本研究においては、オキシトシン受容体遺伝子にあるCpGサイトのDNAメチル化が向社会的行動の個性に与える影響を検討するとともに、どのような社会的環境要因がオキシトシン受容体遺伝子のDNAメチル化を制御しているのかを大規模サンプルを対象に検討します。

  • 研究代表者
    准教授高岸 治人

    玉川大学脳科学研究所

    専門分野:
    社会神経科学、社会心理学

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

    URL:
    http://devsoc-tamagawa.net/

代表者の主要論文
  • Nishina K, Takagishi H*, Fermin ASR, Inoue-Murayama M, Takahashi H, Sakagami M,Yamagishi T: Association of the oxytocin receptor gene with attitudinal trust: role of amygdala volume. Social cognitive and affective neuroscience, 13, 1091-1097, 2018
  • Yamagishi T, Matsumoto Y, Kiyonari T, Takagishi H, Li Y, Kanai R, Sakagami M: Response time in economic games reflects different types of decision conflict for prosocial and proself individuals. Proceedings of National Academy of Sciences U.S.A., 114, 6394-6399, 2017
  • Yamagishi, T, Li Y, Fermin ASR, Kanai R, Takagishi H, Matsumoto Y, Kiyonari T, Sakagami M: Behavioural differences and neural substrates of altruistic and spiteful punishment.
    Scientific Reports, 7, 14654, 2017
  • Fujii T, Schug J, Nishina K, Takahashi T, Okada H, Takagishi H*: Relationship between Salivary Oxytocin Levels and Generosity in Preschoolers. Scientific Reports, 6, 38662, 2016
  • Takagishi H*, Fujii T, Nishina K, Okada H: Fear of Negative Evaluation Moderates the Effect of Subliminal Fear Priming on Rejection of Unfair Offers in the Ultimatum Game. Scientific Reports, 6, 31446, 2016
  • Yamagishi T, Takagishi H, Fermin ASR, Kanai R, Li Y, Matsumoto Y: Cortical thickness of the dorsolateral prefrontal cortex predicts strategic choices in economic games.
    Proceedings of National Academy of Sciences U.S.A., 113, 5582-5587, 2016
  • Nishina K, Takagishi H, Inoue-Murayama M, Takahashi H, Yamagishi T: Polymorphism of the Oxytocin Receptor Gene Modulates Behavioral and Attitudinal Trust among Men but Not Women.
    PLoS ONE, 10, e0137089, 2015
  • Takagishi H*, Fujii T, Koizumi M, Schug J, Nakamura F, Kameshima S: The development of the effect of peer monitoring on generosity differs among elementary school-age boys and girls. Frontiers in Psychology, 6, 895, 2015
  • Fujii T, Takagishi H*, Koizumi M, Okada H: The Effect of Direct and Indirect Monitoring on Generosity Among Preschoolers. Scientific Reports, 5, 9025, 2015.
  • Yamagishi T, Li Y, Takagishi H, Matsumoto Y, Kiyonari T: In search of homo economicus.
    Psychological Science, 25, 1699-1711, 2014.

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iPS細胞技術及び患者臨床情報を用いた精神疾患の治療応答性の個性創発機構の解明

写真:中澤 敬信
研究代表者

大阪大学大学院歯学研究科
准教授 中澤 敬信

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代表メッセージ

統合失調症は頻度の高い精神障害であり、医療費や非就業のコストが大きな社会負担になっています。抗精神病薬が効果的ではない治療抵抗性統合失調症において有用であるクロザピンは、その薬効のメカニズムに不明な点が多いうえ、効果的ではない患者も存在します。また、副作用の危険性があるため、投与の可否の客観的指標や新しい分子基盤に基づいた新規創薬が求められています。そのためには、「クロザピンに対する治療応答性の個人間の相違」の原因となる脳機能の個性に関する分子メカニズムを明らかにすることが必要であると考えています。本研究では、独自の臨床情報を保持し、クロザピン応答性が異なる患者群に注目し、患者iPS神経細胞を用いて、クロザピン応答性の相違に関わる神経機能の個人差の分子メカニズムの一端を明らかにします。また、臨床情報にアクセスすることにより、クロザピン応答性の個人差と患者脳機能との相関を明らかにする計画です。以上の解析から、クロザピン応答性の個人差の解析を通じて、脳機能の個性創発の分子メカニズムを理解することをめざします。

  • 研究代表者
    准教授中澤 敬信

    大阪大学大学院歯学研究科

    専門分野:
    神経科学、分子細胞生物学

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

    URL:
    https://web.dent.osaka-u.ac.jp/pharm/

代表者の主要論文
  • Nakazawa T, Kikuchi M, Ishikawa M, Yamamori H, Nagayasu K, Matsumoto T, Fujimoto M, Yasuda Y, Fujiwara M, Okada S, Matsumura K, Kasai A, Hayata-Takano A, Shintani N, Numata S, Takuma K, Akamatsu W, Okano H, Nakaya A, Hashimoto H, Hashimoto R: Differential gene expression profiles in neurons generated from lymphoblastoid B-cell line-derived iPS cells from monozygotic twin cases with treatment-resistant schizophrenia and discordant responses to clozapine. Schizophrenia Research, 181, 75-82, 2017.
  • Nakazawa T*, Hashimoto R, Sakoori K, Sugaya Y, Tanimura A, Hashimotodani Y, Ohi K, Yamamori H, Yasuda Y, Umeda-Yano S, Kiyama Y, Konno K, Inoue T, Yokoyama K, Inoue T, Numata S, Ohnuma T, Iwata N, Ozaki N, Hashimoto H, Watanabe M, Manabe T, Yamamoto T, Takeda M, Kano M: Emerging roles of ARHGAP33 in intracellular trafficking of TrkB and pathophysiology of neuropsychiatric disorders. Nature Communications, 7, 10594, 2016 (* corresponding author).
  • Hashimoto R, Nakazawa T*, Tsurusaki Y, Yasuda Y, Nagayasu K, Matsumura K, Kawasaki H, Yamamori H, Fujimoto M, Ohi K, Umeda-Yano S, Fukunaga M, Fujino H, Kasai A, Hayata-Takano A, Shintani N, Takeda M, Matsumoto N, Hashimoto H: Whole-exome sequencing and neurite outgrowth analysis in autism spectrum disorder. Journal of Human Genetics, 61, 199-206, 2016 (* corresponding author).
  • Matsumura K, Nakazawa T*, Nagayasu K, Gotoda-Nishimura N, Kasai A, Hayata-Takano A, Shintani N, Yamamori H, Yasuda Y, Hashimoto R, Hashimoto H: De novo POGZ mutations in sporadic autism disrupt the DNA-binding activity of POGZ. Journal of Molecular Psychiatry, 4, 1, 2016 (* corresponding author).
  • Delawary M, Tezuka T, Kiyama Y, Yokoyama K, Inoue T, Hattori S, Hashimoto R, Umemori H, Manabe T, Yamamoto T, Nakazawa T*: NMDAR2B tyrosine phosphorylation regulates anxiety-like behavior and CRF expression in the amygdala. Molecular Brain, 3, 37, 2010 (* corresponding author).
  • Nakazawa T*, Taniguchi S, Tanimura A, Kiyama Y, Tezuka T, Watabe AM, Katayama N, Yokoyama K, Inoue T, Izumi-Nakaseko H, Kakuta S, Sudo K, Iwakura Y, Umemori H, Inoue T, Murphy NP, Hashimoto K, Kano M, Manabe T, Yamamoto, T: Involvement of NMDAR2A tyrosine phosphorylation in depression-related behaviour. The EMBO Journal, 28, 3717-3729, 2009 (* corresponding author).
  • Nakazawa T, Kuriu T, Tezuka T, Umemori H, Okabe S, Yamamoto T: Regulation of dendritic spine morphology by an NMDA receptor-associated RhoGTPase-activating protein, p250GAP. Journal of Neurochemistry, 105, 1384-1393, 2008.
  • Nakazawa T, Komai S, Watabe AM, 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. The EMBO Journal, 25, 2867-2877, 2006.
  • Nakazawa T, Watabe AM, Tezuka T, Yoshida Y, Yokoyama K, Umemori H, Inoue A, Okabe S, Manabe T, Yamamoto T: p250GAP, a novel brain-enriched GTPase-activating protein for Rho family GTPases, is involved in the N-methyl-D-aspartate receptor signaling. Molecular Biology of the Cell, 14, 2921-2934, 2003.
  • Nakazawa T, Komai S, Tezuka T, Hisatsune C, Umemori H, Semba K, Mishina M, Manabe T, Yamamoto T: Characterization of Fyn-mediated tyrosine phosphorylation sites on GluR epsilon 2 (NR2B) subunit of the N-methyl-D-aspartate receptor. Journal of Biological Chemistry, 276, 693-699, 2001.

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動物の個性の評価指標の確立と、ヒトを含む種間共通モデルの作製

写真:村山 美穂
研究代表者

京都大学野生動物研究センター
教授 村山 美穂

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代表メッセージ

本研究では、動物の性格の個体差に関わる客観指標を確立し、それを種横断的に比較することを目的としています。従来のヒト以外の動物の行動の個体差の研究は,ヒトの個人差の指標や手法を応用するものでしたが、ヒトが質問紙などで評価する場合は、動物の「擬人化」が避けられず、個性の適切な評価が難しい、という問題があります。そこで本研究では、ヒトも動物であるという基本的な事実に立ち返って、まず多様な動物種の行動観察、測定、評定などのデータにもとづく行動の個体差の基本次元を抽出してモデル化します。それをヒトにも応用することにより、ヒトと動物に共通する個体差の次元を抽出し、個性のモデル化を目指します。さらに、客観指標として、分子指標、すなわち遺伝子型やホルモンレベルを追加します。動物に対する観察や質問紙による個性の評定値と遺伝型との関連を解析し、個性の要因となる候補遺伝子の配列と機能を、鳥類からヒトを含む霊長類までの多様な動物種で解析し、進化系統的に比較します。具体的には、3つの研究項目、1) 個性の評定方法の比較、2) 個性の分子指標の比較、3) 種間比較による共通モデルの作製、を目指します。

  • 研究代表者
    教授村山 美穂

    京都大学野生動物研究センター

    専門分野:
    遺伝学、動物行動学

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

    URL:
    http://miho-murayama.sakura.ne.jp/index.html

代表者の主要論文
  • Inoue-Murayama M: Genetic polymorphism as a background of animal behavior (review). Animal Science Journal, 80: 113-120, 2009.
  • Hong KW, Weiss A, Morimura N, Udono T, Hayasaka I, Humle T, Murayama Y, Ito S, Inoue-Murayama M: Polymorphism of the tryptophan hydroxylase 2 (TPH2) gene is associated with chimpanzee neuroticism. PLoS One, 6:e22144, 2011.
  • Yasui S, Konno A, Tanaka M, Idani G, Ludwig A, Lieckfeldt D, Inoue-Murayama M: Personality assessment and its association with genetic factors in captive Asian and African elephants. Zoo Biology, 32(1):70-78, 2013.
  • Abe H, Aoya D, Takeuchi H, Inoue-Murayama M: Gene expression patterns of chicken. Neuregulin 3 in association with copy number variation and frameshift deletion. BMC Genetics, 18(1): 69, 2017.
  • Hori Y, Tozaki T, Nambo Y, Sato F, Ishimaru M, Inoue-Murayama M, Fujita K: Evidence for effect of serotonin receptor 1A gene (HTR1A) polymorphism on tractability in Thoroughbred horses. Animal Genetics, 47(1):62-7, 2015.
  • Arahori M, Inoue-Murayama M, Fujita K: Cat breed differences in microsatellites adjacent to oxytocin receptor gene (OXTR) and vasopressin receptor gene (AVPR1A). Frontiers in Psychology, 8: 2165, 2017.
  • Wilson V, Weiss A, Humle T, Morimura N, Udono T, Idani G, Matsuzawa T, Hirata S, Inoue-Murayama M: Chimpanzee Personality and the Arginine Vasopressin Receptor 1A Genotype. Behavior Genetics, 47(2): 215-226, 2017.
  • Ramadan S, Nowier AM, Hori Y, Inoue-Murayama M: The association between glutamine repeats in the androgen receptor gene and personality traits in dromedary camel (Camelus dromedarius). PLoS One, 13(2):e0191119, 2018.
  • Konno A, Inoue-Murayama M, Yabuta S, Tonoike A, Nagasawa M, Mogi K, Kikusui T: Effect of Canine Oxytocin Receptor Gene Polymorphism on the Successful Training of Drug Detection Dogs, Journal of Heredity, 109(5):566-572, 2018.
  • Inoue-Murayama M, Yokoyama C, Yamanashi Y, Weiss A: Common marmoset (Callithrix jacchus) personality, subjective well-being, hair cortisol level and AVPR1a, OPRM1, and DAT genotypes. Scientific Reports, 8(1):10255, 2018.

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感覚情報処理の個人差が生み出す身体の「個性」

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

本研究では、日常生活上の得意・不得意につながる多様な個性がいかにして形成されるのか、特に身体性とその障害に関連した個性創発の認知神経基盤を明らかにします。これまで行ってきた研究から、自閉スペクトラム症(Autism spectrum disorder, ASD)の当事者の一部は、触知覚が身体外に定位されにくく、道具の身体化が困難である可能性などがわかってきました。すなわち個性の一つとしての身体性は、道具使用の得意・不得意に結びつく可能性があるのです。しかし、これらの個人差は非常に大きく、ただASD者・定型発達者の区分を行なえばよいというものではありません。つまり、身体の捉え方に関連した脳領域の神経多様性が、多様な「身体の個性」を生み出す可能性がわかってきたのです。本研究では、道具使用や身体性に関わる感覚情報処理について、道具を介した心理物理実験やイメージングなどを行い、さらに聞き取り調査と組み合わせることで、特有の身体性がどのように生じ、それ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。

  • 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/departj/brainfunc/dds/

代表者の主要論文
  • Hidaka S, Suzuishi Y, Ide M, Wada M. Effects of spatial consistency and individual difference on touch-induced visual suppression effect. Scientific Reports. 8, 17018, 2018.
  • Fukui T, Sano M, Tanaka A, Suzuki M, Kim S, Agarie H, Fukatsu R, Nishimaki K, Nakajima Y, Wada M. Older adolescents and young adults with autism spectrum disorder have difficulty chaining motor acts when performing prehension movements compared to typically developing peers. Frontiers in Human Neuroscience, 12: 430. 2018.
  • Atsumi T, Ide M, Wada M. Spontaneous discriminative response to the biological motion displays involving a walking conspecific in mice. Frontiers in Behavioral Neuroscience. 12, 263. 2018.
  • Ide, M., Yaguchi, A., Sano, M., Fukatsu, R., & Wada, M. Higher tactile temporal resolution as a basis of hypersensitivity in individuals with autism spectrum disorder. Journal of Autism and Delopmental Disorders, 49(1)44-53, 2019
  • 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, doi:10.3389/fnhum.2017.00166, 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(43):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.
  • Wada M & Ide M. Rubber hand presentation modulates visuotactile interference effect, especially in persons with high autistic traits. Experimental Brain Research, 234(1):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(3) 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.

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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

空間弁別の個性を形成する環境的要因と遺伝的要因の複合解析

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

「個性」は遺伝的要因と環境的要因が複合した結果である。そのため、個性を階層的に理解するためには遺伝的要因と環境的要因により変化する評価系(分子・細胞・行動)の確立が望まれる。空間弁別は類似した空間記憶を分離、差別化するために必須であり、計算論の立場から責任領域は海馬歯状回であることが示唆されているが(Rolls, Hippocampus 1996; McHugh et al., Science 2007)、分子・細胞学的基盤は不明である。一方で空間弁別に影響を与える環境的要因については、運動で促進される神経新生は空間弁別能力を向上させ(Clelland et al., Science 2009; Sahay et al., Nature 2011)、ヒトの研究からカフェイン摂取がこのパターン分離の成績を高めることも示されている(Borota et al., Nature Neurosci 2014)。前回の公募研究では個性を理解するため遺伝的要因と環境的要因両者の影響が示唆されている空間弁別能力に焦点をあて、遺伝的要因としてセプチン細胞骨格を中心に神経基盤を分子・細胞レベルで明らかにした。本研究では、申請者らが確立した個性を定量的・階層的に評価できる系を用いて、空間弁別に与える環境的要因を決定することを目的とする。

  • 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:
    神経科学、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
  • Ageta-Ishihara N, Konno K, Yamazaki M, Abe M, Sakimura K, Watanabe M, Kinoshita M: CDC42EP4, a perisynaptic scaffold protein in Bergmann glia, is required for glutamatergic tripartite synapse configuration. Neurochemistry International, 119, 190-198, 2018
  • 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-CaMKIα 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
  • Ageta-Ishihara N, Miyata T, Ohshima C, Watanabe M, Sato Y, Hamamura Y, Higashiyama T, Mazitschek R, 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, Kamijo S, 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
  • Takemoto-Kimura S*, Ageta-Ishihara N*(*equal contribution), Nonaka M, Adachi-Morishima A, Mano T, Okamura M, Fujii H, Fuse T, Hoshino M, Suzuki S, Kojima M, Mishina M, Okuno H, Bito H: Regulation of dendritogenesis via a lipid raft-associated Ca2+/calmodulin-dependent protein kinase CLICK-III/CaMKIgamma. Neuron, 54, 755-770, 2007

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ストレス感受性の個性創発の分子神経基盤解析

写真:内田 周作
研究代表者

京都大学大学院 医学研究科 メディカルイノベーションセンター
特定准教授 内田 周作

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代表メッセージ

気分障害や不安障害の発症には遺伝的要因のみならず環境的要因(ストレス)が大きく作用することが想定されています。しかし、ストレスフルなライフイベントを経験したすべての人が精神疾患を発症するわけではなく、大多数の人はストレスに適応して精神的安定性を維持することができます。ストレスの影響に対する予防・緩衝要因としてのレジリエンスは、ストレッサーに暴露されても健康的な精神状態を維持する力(抵抗力)と、発病後に健康な状態へと導く力(回復力)、の二側面を持つ概念と捉えられています。このようなストレス感受性・レジリエンス形成の個人差はどのようなメカニズムで構築されているのだろうか?1つの仮説として、遺伝的要因と後生的な遺伝子発現制御(エピジェネティクス要因)との相互作用がストレス感受性に影響を与えている可能性が指摘されています。しかし、いつ・どこで・どのような分子機序でストレス感受性の個人差が形成されているかは不明です。我々の研究グループは、ストレス感受性の個人差を個性の1つと捉え、その個性創発の基盤としての脳内エピジェネティクス制御の役割を明らかにします。

  • 研究代表者
    特定准教授内田 周作

    京都大学大学院 医学研究科 メディカルイノベーションセンター

    専門分野:
    神経科学、分子生物学

    Eメールアドレス:
    uchida.shusaku.3n*kyoto-u.ac.jp
    (*を@に置き換えてください)

    URL:
    http://www.sk.med.kyoto-u.ac.jp/research_group/group2/

代表者の主要論文
  • Uchida S, Yamagata H, Seki T, Watanabe Y. Epigenetic mechanisms of major depression: Targeting neuronal plasticity. Psychiatry Clin Neurosci 72, 212-227, 2018
  • Uchida S, Teubner BJ, Hevi C, Hara K, Kobayashi A, Dave RM, Shintaku T, Jaikhan P, Yamagata H, Suzuki T, Watanabe Y, Zakharenko SS, Shumyatsky GP. CRTC1 Nuclear Translocation Following Learning Modulates Memory Strength via Exchange of Chromatin Remodeling Complexes on the Fgf1 Gene. Cell Reports 18, 352-366, 2017
  • Abe-Higuchi N, Uchida S, Yamagata H, Higuchi F, Hobara T, Hara K, Kobayashi A, Watanabe Y: Hippocampal Sirtuin 1 Signaling Mediates Depression-like Behavior. Biological Psychiatry 80, 808-809, 2016
  • Higuchi F, Uchida S, Yamagata H, Abe-Higuchi N, Hobara T, Hara K, Kobayashi A, Shintaku T, Itoh Y, Suzuki T, Watanabe Y: Hippocampal MicroRNA-124 Enhances Chronic Stress Resilience in Mice. The Journal of Neuroscience 36, 7253-7267, 2016
  • Uchida S, Martel G, Pavlowsky A, Takizawa S, Hevi C, Watanabe Y, Kandel ER, Alarcon JM, Shumyatsky GP: Learning-induced and stathmin-dependent changes in microtubule stability are critical for memory and disrupted in ageing. Nature Communications 5, 4389, 2014
  • Uchida S, Hara K, Kobayashi A, Otsuki K, Yamagata H, Hobara T, Suzuki T, Miyata N, Watanabe Y: Epigenetic status of Gdnf in the ventral striatum determines susceptibility and adaptation to daily stressful events. Neuron 69, 359-372, 2011
  • Uchida S, Hara K, Kobayashi A, Fujimoto M, Otsuki K, Yamagata H, Hobara T, Abe N, Higuchi F, Shibata T, Hasegawa S, Kida S, Nakai A, Watanabe Y: Impaired hippocampal spinogenesis and neurogenesis and altered affective behavior in mice lacking heat shock factor 1. PNAS 108, 1681-1686, 2011
  • Uchida S, Hara K, Kobayashi A, Funato H, Hobara T, Otsuki K, Yamagata H, McEwen BS, Watanabe Y: Early life stress enhances behavioral vulnerability to stress through the activation of REST4-mediated gene transcription in the medial prefrontal cortex of rodents. The Journal of Neuroscience 30, 15007-15018, 2010

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セル・アンサンブル活動による認知情報表現から抽出する「個性脳」

写真:大川 宜昭
研究代表者

獨協医科大学 先端医科学研究センター 認知・記憶研究部門
准教授 大川 宜昭

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代表メッセージ

我々はこれまでに、新奇エピソード体験時に同期活動性で定義された複数の神経細胞集団(セル・アンサンブル)活動が脳内に出現することを明らかにし、これら複数のセル・アンサンブルの複合的な表出によって、エピソード記憶の全体像が脳内で表現されていることを示唆するに至った。一方で、同様のエピソードを体験した際の記憶形成の過程で、香りや光、音や触覚といった認知情報が、異なる個体間で同じように表現されているのか?または異なる様式で行われるのか??は未だ不明である。そこで本研究課題では、エピソード体験時に出現するそれぞれのセル・アンサンブルとそこに対応する認知情報の対応付けを行ない、同じエピソードを想起した際の異なる動物個体間での認知情報の嗜好性の違いをセル・アンサンブル活動の表現様式から抽出する。これによって、セル・アンサンブルによる認知情報の個性的脳内表現様式の存在を明らかにする。

  • 研究代表者
    准教授大川 宜昭

    獨協医科大学 先端医科学研究センター 認知・記憶研究部門

    専門分野:
    神経科学、分子生物学

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

代表者の主要論文
  • Ghandour K #, Ohkawa N #,*, Fung C. C. A #, Asai H, Saitoh Y, Takekawa T, Okubo-Suzuki R, Soya S, Nishizono H, Matsuo M, Sato M, Ohkura M, Nakai J, Hayashi Y, Sakurai T, Osanai M, Kitamura T, Fukai T, Inokuchi K * (# Equally contributed, * Corresponding authors): Orchestrated ensemble activities constitute a hippocampal memory engram.
    Nature Communications, 10, 2637, 2019
  • ??ng TC, Ishii Y, Nguyen V, Yamamoto S, Hamashima T, Okuno N, Nguyen QL, Sang Y, Ohkawa N, Saitoh Y, Shehata M, Takakura N, Fujimori T, Inokuchi K, Mori H, Andrae J, Betsholtz C, Sasahara M: Powerful Homeostatic Control of Oligodendroglial Lineage by PDGFRα in Adult Brain.
    Cell Reports, 27, 1073-1089, 2019
  • Oishi N, Nomoto M, Ohkawa N, Saitoh Y, Sano Y, Tsujimura S, Nishizono H, Matsuo M, Muramatsu S, Inokuchi K: Artificial association of memory events by optogenetic stimulation of hippocampal CA3 cell ensembles.
    Molecular Brain, 12, 2, 2019
  • Yokose J, Okubo-Suzuki R, Nomoto M, Ohkawa N, Nishizono H, Suzuki A, Matsuo M, Tsujimura S, Takahashi Y, Nagase M, Watabe AM, Sasahara M, Kato F, Inokuchi K: Overlapping memory trace indispensable for linking, but not recalling, individual memories.
    Science, 355, 398-403, 2017
  • Nomoto M, Ohkawa N, Nishizono H, Yokose J, Suzuki A, Matsuo M, Tsujimura S, Takahashi Y, Nagase M, Watabe AM, Kato F, Inokuchi K: Cellular tagging as a neural network mechanism for behavioral tagging.
    Nature Communications, 7, 12319, 2016
  • Ohkawa N, Saitoh Y, Suzuki A, Tsujimura S, Murayama E, Kosugi S, Nishizono H, Matsuo M, Takahashi Y, Nagase M, Sugimura YK, Watabe AM, Kato F, Inokuchi K: Artificial association of pre-stored information to generate a qualitatively new memory.
    Cell Reports, 11, 261-269, 2015

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アリの行動変異をもたらす社会的・遺伝的メカニズムと個体差の適応的意義

写真:岡田 泰和
研究代表者

首都大学東京 理学部 生命科学科
准教授 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
    准教授岡田 泰和

    首都大学東京 理学部 生命科学科

    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
  • Ant activity-rest rhythms vary with age and interaction frequencies of workers.
    Fujioka H, Abe MS, Okada Y*.
    Behavioral Ecology and Sociobiology (2019) 73.3: 30.
  • 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 (2017) 26: 2922-2938.
  • 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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「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・統合失調症などへ関与)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、ゲノム編集法などを用いて新たに作製する遺伝子改変マウスも駆使して、以下3課題を実施します。a)Pcdh発現変動の測定、b)Pcdh発現の変動メカニズム解析、c)Pcdhの発現変動と個性変化との因果関係解明。

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
  • Kaneko R, Kakinuma T, Sato S, Jinno-Oue A: Freezing sperm in short straws reduces storage space and allows transport in dry ice. J Reprod Dev. 64, 541-545, 2018
  • Kaneko R, Takatsuru Y, Morita A, Amano I, Haijima A, Imayoshi I, Tamamaki N, Koibuchi N, Watanabe M, Yanagawa Y: Inhibitory neuron-specific Cre-dependent red fluorescent labeling using VGAT BAC-based transgenic mouse lines with identified transgene integration site. Journal of Comparative Neurology, 526, 373-396, 2018
  • 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, 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-a 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-a and Pcdh-g clusters involving both monoallelic and biallelic expression in single Purkinje cells. J. Biol. Chem., 281, 30551-30560, 2006

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雄マウス超音波求愛発声の個体差と対応する神経-生殖内分泌学的特徴

写真:菅野 康太
研究代表者

鹿児島大学 法文学部人文学科 心理学コース 神経科学研究室
准教授 菅野 康太

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代表メッセージ

性淘汰によって進化の過程て゛形成されたと考えられる、動物の多様て゛個性的な特徴、例えば、美しい色、大きな羽や角、歌やダンスなどは、性的ディスプレイと呼ばれています。性的ディスプレイは、実験動物て゛あるマウスにおいても、雄の求愛て゛ある超音波発声(ultrasonic vocalizations, USVs)として観察できます。このUSVsは、遺伝的にその特徴か゛決まるとされてきましたが、私どもは、遺伝的に均一な近交系のマウスて゛も、発声回数と使用される声のハ゜ターンに大きな個体差か゛あること、同一個体内て゛もその時々て゛発声の内容か゛変化することを見出してきました。このような変化・多様性には、性的動機つ゛けの情動表出としての性質か゛あることも分かっています。本プロジェクトて゛は、2つの個体差(Individual difference)て゛ある個体間の差(Inter-individual)と個体内変動 (Intra-individual)の両者を考えることか゛、個性を考える上て゛は重要て゛あるという観点の下に、 これら2つ個体差の神経基盤の解明を目指しています。また進化上、性的テ゛ィスフ゜レイの個体差を雌か゛選り好みすることを考えると、これら個体差は適応度に寄与するなんらかの機能の目印になったと考えられ、求愛発声の個体差と生殖生理・内分泌機能との関連も検証します。さらに、これら研究と並行して、USVsの自動解析システムの開発を進めることて゛、個性研究の効率化も目指します。

  • 研究代表者
    准教授菅野 康太

    鹿児島大学 法文学部人文学科 心理学コース 神経科学研究室

    専門分野:
    マウス音声コミュニケーション、行動神経科学

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

    URL:
    https://cannonolab.com

代表者の主要論文
  • Tachibana RO, Kanno K, Okabe S, Kobayasi KI, Okanoya K: USVSEG: A robust segmentation of rodents’ ultrasonic vocalization. bioRxiv [11 Mar 2019] doi:10.1101/572743. PPR:PPR72732.
  • Kanno K, Kikusui T: Effect of Sociosexual Experience and Aging on Number of Courtship Ultrasonic Vocalizations in Male Mice. Zoolog Sci. 2018 Jun;35(3) 208-214. doi:10.2108/zs170175.
  • 菅野康太 「マウス音声コミュニケーションにおける多様性と個体差の生物学的意義 Biological significance of variation and individual difference observed in vocal communication in mice」 鹿児島大学法文学部紀要人文学科論集 85号, P15-27(2018)
  • 菅野康太「マウス音声コミュニケーションと社会性はどのように評価されるべきか?」 ベビーサイエンス Vol. 15, 2-11 (2015)
  • Yasumura M, Yoshida T, Yamazaki M, Abe M, Natsume R, Kanno K, Uemura T, Takao K, Sakimura K, Kikusui T, Miyakawa T, Mishina M: IL1RAPL1 knockout mice show spine density decrease, learning deficiency, hyperactivity and reduced anxiety-like behaviours. Sci Rep. 2014;4 6613. doi:10.1038/srep06613.
  • Hattori T, Kanno K, Nagasawa M, Nishimori K, Mogi K, Kikusui T: Impairment of interstrain social recognition during territorial aggressive behavior in oxytocin receptor-null mice. Neurosci Res. 2015 Jan;90 90-94. doi:10.1016/j.neures.2014.05.003.
  • Kanno K, Kokubo H, Takahashi A, Koide T, Ishiura S: Enhanced prepulse inhibition and low sensitivity to a dopamine agonist in HESR1 knockout mice. J Neurosci Res. 2014 Mar;92(3) 287-297. doi:10.1002/jnr.23291.
  • Kanno K, Ishiura S: The androgen receptor facilitates inhibition of human dopamine transporter (DAT1) reporter gene expression by HESR1 and HESR2 via the variable number of tandem repeats. Neurosci Lett. 2012 Sep;525(1) 54-59. doi:10.1016/j.neulet.2012.07.021.
  • Kanno K, Ishiura S: Differential effects of the HESR/HEY transcription factor family on dopamine transporter reporter gene expression via variable number of tandem repeats. J Neurosci Res. 2011 Apr;89(4) 562-575. doi:10.1002/jnr.22593.
  • Kanno K, Shima S, Ishida Y, Yamanouchi K: Ipsilateral and contralateral serotonergic projections from dorsal and median raphe nuclei to the forebrain in rats: immunofluorescence quantitative analysis. Neurosci Res. 2008 Jun;61(2) 207-218. doi:10.1016/j.neures.2008.03.001.

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マウスにおける社会識別制御機構の解明と社会行動からの個性創発の理解

写真:喜田 聡
研究代表者

東京大学大学院農学生命科学研究科
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。このような社交性を決定する素因が社会識別であり、社会識別の多様性の理解が個性創発の原理を探ることに繋がると考えられる。しかし、社会識別を担う神経回路の実態は未だ不明である。我々は、マウスを用いて、c-fos遺伝子発現を指標にして社会行動と社会記憶制御を司る脳領野群として海馬、扁桃体、前頭前野、帯状皮質を同定した。さらに、in silico(数理学的)解析による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算出し、脳領域群の役割の差異を明らかにしつつある。本課題では、社会識別制御機構を分子・細胞・回路レベルで解明し、社会識別の観点から個性の多様性を理解することを目的とする。具体的には、社会記憶に基づいて社会識別を制御する脳領野群を同定し、これら領野にまたがる神経回路の機能的役割を解析することで、社会識別制御機構を解明する。さらに、社会行動異常を示すモデルマウスの社会識別の特性を解析し、社会識別の観点から個性が創発される原理を理解する。

研究説明イメージ画像
  • 研究代表者
    教授喜田 聡

    東京大学大学院農学生命科学研究科

    専門分野:
    神経科学

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

代表者の主要論文
  • Kida, S. Reconsolidation/Destabilization, Extinction and Forgetting of Fear Memory as Therapeutic Targets for PTSD. Psychopharmacology, 236:49-57.2019. DOI: 10.1007/s00213-018-5086-2
  • Serita, T., Miyahara, M., Tanimizu, T., Takahashi, S., Oishi, S., Nagayoshi, T., Tsuji, R., Inoue, H., Uehara, M., Kida, S. Dietary magnesium deficiency impairs hippocampus-dependent memories without changes in the spine density and morphology of hippocampal neurons in mice. Brain. Res. Bull. 2019 149-157.2019. doi: 10.1016/j.brainresbull.2018.11.019.
  • 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., 37, 4103-4116, 2017
  • 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.
  • Fukushima, H., Zhang, Y., Archbol, G., Ishikawa, R., Nader, K. Kida, S. Enhancement of fear memory by retrieval through reconsolidation. eLife, 3, e02736, 2014
  • 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., Pena 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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精子幹細胞に由来する子孫が行動様式に及ぼす影響

写真:篠原 隆司
研究代表者

京都大学大学院医学研究科遺伝医学講座分子遺伝学分野
教授 篠原 隆司

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代表メッセージ

私たちのグループは精子形成の源になる精子幹細胞(Germline Stem, GS細胞)を用いて遺伝子改変動物を作成しています。従来の生殖工学の方法は雌由来の卵子や初期胚に依存するものでしたが、この雄由来の生殖細胞を用いた遺伝子改変技術の持つ可能性は未知数です。試験管内でほぼ無限大に増殖できる精子幹細胞をターゲットとする生殖細胞の操作技術は、ES細胞の技術的が適用できない動物種の個体レベルの遺伝子改変やヒト不妊治療において新たな可能性をもたらすものとして注目されている(Nat Med 19: 958, 2013; Neuron 86: 617, 2015; Nat Neurosci 19: 1124, 2016)。

一方、GS細胞培養から生まれてきた子孫が正常交配により生まれてきたマウスとどの程度異なるかについては調べられていません。近年の研究により生殖細胞を超えて次世代にエピジェネティックな異常が伝達されることが報告されており、特に生殖細胞の操作を行った場合には、培養環境が細胞に対して与える可能性があります。このような異常が起こる可能性を評価することは本技術の応用において重要な課題であると考えています。そこで本研究で申請者はGS細胞を用いて作成した子孫の行動解析を行い、GS細胞の培養が次世代に及ぼす影響を解析します。

代表者の主要論文
  • Watanabe S, Kanatsu-Shinohara M, Ogonuki N, Matoba S, Ogura A, Shinohara T: In vivo genetic manipulation of spermatogonial stem cells and their microenvironment by adeno-associated virus. Stem Cell Reports, 10, 1551-1564, 2018
  • Shinohara T., Kazuki K, Ogonuki N, Morimoto H, Matoba S, Hiramatsu K, Honma K, Suzuki T, Hara T, Ogura A, Oshimura M, Kanatsu-Shinohara M, Kazuki Y:Transfer of a mouse artificial chromosome into spermatogonial stem cells generates transchromosomic mice. Stem Cell Reports, 9, 1180-1191, 2017
  • Tanaka T, Kanatsu-Shinohara M, Lei Z, Rao CV, Shinohara T: The luteinizing hormone-testosterone pathway regulates mouse spermatogonial stem cell self-renewal by suppressing Wnt5a expression in Sertoli cells. Stem Cell Reports, 7, 279-291,2016
  • Kanatsu-Shinohara M, Tanaka T, Ogonuki N, Ogura A, Morimoto H, Cheng PF, Eisenman RN, Trumpp A, Shinohara T: Myc/Mycn-mediated glycolysiss enhances mouse spermatogonial stem cell self-renewal. Genes Dev, 30, 2637-2648, 2016
  • Kanatsu-Shinohara M, Naoki H, and Shinohara T: Nonrandom germline transmission of mouse spermatogonial stem cells. Dev Cell, 38, 248-261,2016.
  • Takashima S, Kanatsu-Shinohara M, Tanaka T, Morimoto H, Inoue K, Ogonuki N, Jijiwa M, Takahashi M, Ogura A, Shinohara T: Functional differences between GDNF-dependent and FGF2-dependent mouse spermatogonial stem cell self-renewal. Stem Cell Reports, 4, 489-502, 2015
  • Ishii K, Ishiai M, Morimoto H, Kanatsu-Shinohara M, Niwa O, Takata M, Shinohara T: Trp53-Trp53inp1-Tnfrsf10b pathway regulates the radiation response of mouse spermatogonial stem cells. Stem Cell Reports, 3, 676-689, 2014
  • Kanatsu-Shinohara M, Onoyama I, Nakayama KI, Shinohara T: Skp1-Cullin-F-box (SCF)-type ubiquitin ligase FBXW7 negatively regulates spermatogonial stem cell self-renewal. Proc Natl Acad Sci USA, 111, 8826-8831, 2014
  • Takashima S, Hirose M, Ogonuki N, Ebisuya M, Inoue K, Kanatsu-Shinohara M, Tanaka T, Nishida E, Ogura A, Shinohara T: Regulation of pluripotency in male germline stem cells by Dmrt1.Genes Dev, 27, 1949-1958, 2013
  • Morimoto H, Iwata K, Ogonuki N, Inoue K, Ogura A, Kanatsu-Shinohara M, Morimoto T, Yabe-Nishimura C, Shinohara T: ROS are required for mouse spermatogonial stem cell self-renewal. Cell Stem Cell, 12, 774-786, 2013

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新規神経ペプチド受容体NPBWR1の機能が情動表出の個体差に与える影響

写真:征矢 晋吾
研究代表者

筑波大学 国際統合睡眠医科学研究機構
助教 征矢 晋吾

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代表メッセージ

社会的な性質をもつ動物において、見知らぬ同種他者との社会的接触における行動選択はその後の協調的な関係を構築する上で重要であるが、同時に心拍数の増加や正負の情動を伴うストレスでもある。他者との物理的距離を縮めることが得意な人もいればそうでない人がいるように、他者との距離を形作る行動選択に表現される個性の理解は親和的な社会関係を構築する上で不可欠であり、また近年問題になっているひきこもりの病態理解にも必要である。しかし、複雑な社会行動の背景にある多様な個性を理解するためには、まずその基盤となる情動応答の個体差を表現する遺伝的特質を理解する必要がある。我々はニューロペプチドB/Wの受容体であるNPBWR1に注目している。我々は、NPBWR1が恐怖応答の制御に重要な役割を果たす扁桃体の中心核(CeA)に強く発現することや、恐怖応答や自律神経応答、社会行動に関与することを報告している。また、NPBWR1はヒトにおいて機能低下を伴うSNP(1塩基多型)が確認されており、表情認知における心理傾向や扁桃体の応答性が異なることを見出している。扁桃体の機能低下は社会的接触時の個体間距離を減少させることも報告されており、見知らぬ他者との物理的距離が制御される背景には、情動表出の個体差が重要である可能性がある。本研究では、動物モデルを用いてNPBWR1の生理機能に焦点を当てることで、情動表出の多様性におけるNPBWR1の生理的役割を明らかにし、その神経基盤を探索することにより社会的接触時の個体間距離が制御されるメカニズムの解明に向けた基盤となる研究を推進する。

  • 研究代表者
    助教征矢 晋吾

    筑波大学 国際統合睡眠医科学研究機構

    専門分野:
    行動生理学、分子神経科学

    Eメールアドレス:
    soya.shingo.gp*u.tsukuba.ac.jp
    (*を@に置き換えてください)

    URL:
    http://sakurai-lab.com/

代表者の主要論文
  • Shota Kodani*, Shingo Soya*, Takeshi Sakurai: Optogenetic manipulation of neural circuits during monitoring sleep/wakefulness states in mice. JOVE, in press. *Equal contribution.
  • Shingo Soya and Takeshi Sakurai: Orexin as a modulator of fear-related behavior; Hypothalamic control of noradrenaline circuit. Brain Research, 2018
  • Yibing Wang, Liqin Cao, Chia-Ying Lee, Tomohiko Matsuo, Kejia Wu, Greg Asher, Lijun Tang, Tsuyoshi Saitoh, Jamie Russell, Daniela Klewe-Nebenius, Li Wang, Shingo Soya, Emi Hasegawa, Yoan Cherasse, Jiamin Zhou, Yuwenbin Li, Tao Wang, Xiaowei Zhan, Chika Miyoshi, Yoko Irukayama, Jie Cao, Julian P Meeks, Laurent Gautron, Zhiqiang Wang, Katsuyasu Sakurai, Hiromasa Funato, Takeshi Sakurai, Masashi Yanagisawa, Hiroshi Nagase, Reiko Kobayakawa, Ko Kobayakawa, Bruce Beutler, Qinghua Liu: Large-scale forward genetics screening identifies Trpa1 as a chemosensor for predator odor-evoked innate fear behaviors. Nature Communications, 9, 2018
  • Shingo Soya, Tohru T Takahashi, Thomas Mchugh, Takashi Maejima, Abe manabu, Shinji Sakimura, Takeshi Sakurai: Orexin modulates behavioral fear expression through locus coeruleus. Nature Communications, 8, 1-14, 2017
  • Shota Kodani, Shingo Soya, Takeshi Sakurai: Excitation of GABAergic neurons in the bed nucleus of the stria terminalis triggers immediate transition from non-rapid eye movement sleep to wakefulness in mice. Journal of Neuroscience, 37, 7174-7176, 2017
  • MD Golam Abbas, Hirotaka Shoji, Shingo Soya, Mari Hondo, Tsuyoshi Miyakawa, Takeshi Sakurai: Comprehensive behavioral analysis of Ox1r-/- mice showed implication of orexin receptor-1 in mood, anxiety and social behavior. Frontiers in behavioral neuroscience, 9, 324, 2015
  • Takashi Matsui, Shingo Soya, Kentaro Kawanaka, Hideaki Soya: Brain glycogen decreases during intense exercise without hypoglycemia: The possible involvement of serotonin. Neurochemical Research, 40 (7), 1333-1340, 2015
  • Shingo Soya, Hirotaka Shoji, Emi Hasegawa, Mari Hondo, Tsuyoshi Miyakawa, Masashi Yanagisawa, Michihiro Mieda, and Takeshi Sakurai: Orexin Receptor-1 in the Locus Coeruleus Plays an Important Role in Cue-Dependent Fear Memory Consolidation. The Journal of Neuroscience, 33 (36): 14549-14557・14549, September4, 2013

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高精度行動解析と可逆的神経活動操作による「社会的個性」創発過程の解明

写真:野元 謙作
研究代表者

麻布大学獣医学部
特任助教 野元 謙作

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代表メッセージ

ヒトをはじめとする多くの動物は集団で生活しており、協力、競争などの社会的相互作用を繰り返しながら、個体と個体の間で多様な関係性を構築し、複雑な社会を形成しています。このような複数の個体からなる集団生活を通して獲得される社会行動特性を「社会的個性」と定義します。「社会的個性」には社会的順位や社会的役割などが含まれます。本研究では、マウスをモデル動物として、近年開発されたコンピュータビジョン、機械学習、RFIDを組み合わせた高精度の個体追跡装置を使い、社会的相互作用の網羅的記録を実現し、社会的相互作用の履歴によって「社会的個性」が形作られる、という作業仮説の実証を目指します。さらに、社会行動を制御していると考えられているオキシトシンやドーパミンなどの神経回路を光・化学遺伝学を用いて可逆的に操作することで、「社会的個性」の変容・創発を試み、「社会的個性」の創発に関わる神経メカニズムの解明に挑みます。「個性」はある一時点における動物個体の表現型のばらつきとして捉えられますが、それに加えて、経験によって移り変わる動物個体の表現型という観点から「個性」を捉え、「個性」創発の縦断的研究を目指すことが本研究の特色です。

  • 研究代表者
    特任助教野元 謙作

    麻布大学獣医学部

    専門分野:
    行動神経科学

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

代表者の主要論文
  • Nomoto K, Ikumi M, Otsuka M, Asaba A, Kato M, Koshida N, Mogi K, Kikusui T: Female mice exhibit both sexual and social partner preferences for vocalizing males. Integrative zoology, 13, 735-744, 2018.
  • Lak A, Nomoto K, Keramati M, Sakagami M, Kepecs A: Midbrain Dopamine Neurons Signal Belief in Choice Accuracy during a Perceptual Decision. Current Biology, 27, 821-832, 2017.
  • Nomoto K, Lima SQ: Enhanced male-evoked responses in the ventromedial hypothalamus of sexually receptive female mice. Current Biology, 25, 589-594, 2015.
  • Nomoto K, Schultz W, Watanabe T, Sakagami M: Temporally extended dopamine responses to perceptually demanding reward-predictive stimuli. Journal of Neuroscience, 30, 10692-10702, 2010.
  • Kobayashi S, Nomoto K, Watanabe M, Hikosaka O, Schultz W, Sakagami M: Influences of Rewarding and Aversive Outcomes on Activity in Macaque Lateral Prefrontal Cortex. Neuron, 51, 861-870, 2006.

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霊長類における他者の報酬に対する感受性の個体差を生み出す神経回路網の理解

写真:則武 厚
研究代表者

自然科学研究機構 生理学研究所 システム脳科学研究領域 認知行動発達機構研究部門
助教 則武 厚

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代表メッセージ

我々の行動は自分だけではなく他者が得る報酬によって影響されますが、その程度は個人によって異なります。このことは、他者の報酬情報に対する感度が個体によって異なることを示しています。しかしその神経機構は未だよくわかっていません。これまで、サルを用いた我々の研究 (Noritake et al., 2018) から、①社会性に深く関与している内側前頭前野においては自己と他者の報酬情報を異なる神経細胞集団で表現している一方で、②報酬情報処理に深く関与している中脳、特にドパミン細胞は、他者の報酬情報に影響をうけ主観的報酬情報を表現していることが明らかとなりました。また、③神経情報は主に内側前頭前野から中脳への流れていることがわかりました。
これらの結果を踏まえ本研究では、内側前頭前野細胞・中脳ドパミン細胞の自他の報酬情報表現や神経情報の流れが、個体間によってどのように異なるのかを調べます。さらに健常な個体だけではなく、個体間のやりとりといった社会的なインタラクションに障害をもつと考えられている自閉スペクトラム症に関する遺伝子変異を持つサル個体も対象にして研究を進めます。このようなアプローチによって、他者の報酬に対する感度の個人差を生む神経メカニズムの解明に迫ります。本研究は、齧歯類を用いた遺伝子レベルの研究からヒトの行動や認知、脳機能イメージング研究の溝を埋める役割を果たし、霊長類の個性理解の一助になると考えられます。

代表者の主要論文
  • Noritake A, Nakamura K., Encoding prediction signals during appetitive and aversive Pavlovian conditioning in the primate lateral hypothalamus. J Neurophysiol. 121(2):396-417, 2019.
  • Noritake A, Ninomiya T, Isoda M., Social reward monitoring and valuation in the macaque brain. Nat Neurosci. 21(10):1452-1462, 2018.
  • Isoda M, Noritake A, Ninomiya T., Development of social systems neuroscience using macaques. Proc Jpn Acad Ser B Phys Biol Sci. 94(7):305-323, 2018.
  • Ninomiya T, Noritake A, Ullsperger M, Isoda M. Performance monitoring in the medial frontal cortex and related neural networks: From monitoring self actions to understanding others' actions. Neurosci Res. pii: S0168-0102(18)30080-4, 2018.
  • Ueda Y, Yamanaka K, Noritake A, Enomoto K, Matsumoto N, Yamada H, Samejima K, Inokawa H, Hori Y, Nakamura K, Kimura M., Distinct Functions of the Primate Putamen Direct and Indirect Pathways in Adaptive Outcome-Based Action Selection. Front neuroanat 11:66, 2017.
  • Higuchi T, Ishizaki Y, Noritake A, Yanagimoto Y, Kobayashi H, Nakamura K, Kaneko K. Spatiotemporal characteristics of gaze of children with autism spectrum disorders while looking at classroom scenes. PLoS One.12(5):e0175912, 2017.
  • 則武 厚, 磯田 昌岐. 社会的階層と集団サイズ, 生体の科学, 66 (1):72-75, 2015.
  • Isoda M, Noritake A. What makes the dorsomedial frontal cortex active during reading the mental states of others? Front Neurosci.7:232, 2013.

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脳が進化により獲得した遺伝子による多様な個性形成メカニズムの解明

写真:松本 有樹修
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 松本 有樹修

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代表メッセージ

個性は様々な生物種で確認されているが、進化による複雑かつ多様な個性の獲得には、脳の進化が重要である。すなわち、脳の進化に関与する遺伝子の同定は、多様な個性形成メカニズムの解明へと繋がると考えられる。Long non-coding RNA(lncRNA)は、進化により爆発的にその種類が増加しており、さらに脳特異的に発現しているものが非常に多いことから、進化による個性の多様性獲得に重要な役割を担っている可能性が高い。
lncRNAの定義は「タンパク質をコードしない200塩基以上のRNA」とされているが、実は100アミノ酸残基以下の小さなOpen Reading Frame(ORF)を持つと予測されるものも多い。われわれはこれまでに質量分析計を用いて、lncRNAに存在する小さなORFが翻訳されている事例を発見し、それら新規ポリペプチドが重要な機能を持つことを明らかにした [Matsumoto et al., Nature 541: 228-232 (2017)]。
予備的解析から、これらlncRNA由来ポリペプチドには脳特異的に発現して、哺乳類などの進化の後期から出現するものが多いことが判明した。そこで、進化的に哺乳類以降のみに存在し、脳特異的に発現するポリペプチドの解析を行うことにより、進化による多様な個性形成メカニズムを解明することを目的とする。

  • 研究代表者
    准教授松本 有樹修

    九州大学 生体防御医学研究所 分子医科学分野

    専門分野:
    分子生物学

    Eメールアドレス:
    akinobu*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
  • Matsumoto A, Nakayama KI: Hidden Peptides Encoded by Putative Noncoding RNAs. Cell Struct. Funct., 18;43(1):75-83 (2018).
  • Matsumoto A, Clohessy JG, Pandolfi PP: SPAR, a lncRNA encoded mTORC1 inhibitor. Cell Cycle, 541(7636):1-2 (2017).
  • Matsumoto A, Pasut A, Matsumoto M, Yamashita R, Fung J, Monteleone E, Saghatelian A, Nakayama KI, Clohessy JG, Pandolfi PP: mTORC1 and muscle regeneration are regulated by the LINC00961 encoded SPAR polypeptide. Nature, 12;541(7636):228-232 (2017).
  • Matsumoto A, Takeishi S, Nakayama KI: p57 regulates T cell development and prevents lymphomagenesis by balancing p53 activity and pre-TCR signaling. Blood, 29;123(22):3429-3439 (2014).
  • Matsumoto A, Nakayama KI: Role of key regulators of the cell cycle in maintenance of hematopoietic stem cells. Biochem. Biophys. Acta, 1830: 2335-2344 (2013).
  • Matsumoto A, Takeishi S, Kanie T, Susaki E, Onoyama I, Tateishi Y, Nakayama K, Nakayama KI: p57 is required for quiescence and maintenance of adult hematopoietic stem cells. Cell Stem Cell, 9: 262-271 (2011).

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経験を個性にかえる神経機構

写真:山元 大輔
研究代表者

情報通信研究機構 未来ICT研究所
上席研究員 山元 大輔

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代表メッセージ

本研究では、雄が雌に対して求愛するか、雄に対して求愛するかという性指向性の「個性」に着目する。我々は雄が同性に求愛して不妊となる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ほとんど求愛しなくなるという事実に気付いた。この新知見に基づき、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探ってきたが、in vivo patch clampとCa2+ imagingによりK+コンダクタンス変化と視覚入力の過剰な鋭敏化がその背景にあることが見えてきた。これをもとに、satori変異原因遺伝子fruitlessが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う寄与するのかを明らかにしたい。これにより、遺伝的機構と環境要因とがどのようにニューロン活動の特性を規定するのか、そして“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化をいかにして作り出すのかを解明する。

  • 研究代表者
    上席研究員山元 大輔

    情報通信研究機構 未来ICT研究所

    専門分野:
    行動遺伝学、神経遺伝学

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

    URL:
    http://www2.nict.go.jp/frontier/evoneuro/index.html

代表者の主要論文
  • Sato, K., Ito, H., Yokoyama, A., Toba, G. and Yamamoto, D.: Partial proteasomal degradation of Lola triggers the male-to-female switch of a dimorphic courtship circuit. Nature Commun. 10, 166.(2019)
  • Chowdhury, Z. S., Sato, K. and Yamamoto, D.: The core-promoter factor Trf2 mediates a Fruitless action to masculinize neurobehavioral traits in Drosophila. Nature Commun. 8, 1480.(2017)
  • Kohatsu, S. and Yamamoto, D.: Visually induced initiation of Drosophila innnate courtship-like following pursuit is mediated by central excitatory state. Nature Commun. 6, 6457. (2015)
  • Hamada-Kawaguchi, N., Nore, B. F., Kuwada, Y., Smith C. I. E., 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 behaviour in Drosophila males. Nature Rev. Neurosci. 14, 681-692. (2013)
  • Ito, H., Sato, K., Koganezawa, M., Ote, M., Matsumoto, K., Hama, C. and Yamamoto, D.: Fruitless cooperates with 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. Nature Cell Biol. 2, 500-506.(2000)

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新規クローズドコロニー系統メダカを用いた不安様行動における個性の分子神経基盤解析

写真:横井 佐織
研究代表者

北海道大学大学院薬学研究院
助教 横井 佐織

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代表メッセージ

個性創発は環境要因とともに、遺伝的要因による寄与が大きいとされていますが、その分子メカニズムの多くはいまだに明らかになっていません。私たちは、西瀬戸内地方における野生メダカを由来とした新規系統を複数種比較し、新奇環境において「臆病」な振る舞いと「大胆」な振る舞いという、対象的な行動様式を示す2種類の系統を発見しました。そして、これらの系統を用いることで、大胆さの個性を制御する遺伝子を新しく発見することを目標としています。
マウスでも同様の研究は行われているのですが、意外なことに遺伝子同定に成功した例は私たちの知る限り存在しません。メダカはマウスやヒトの1/4ほどの小さなゲノムを持つことから、哺乳類と比較して個性創発の原因遺伝子を特定することが容易であることが予想されます。また、近年の研究では、社会性行動を制御する分子神経ネットワークが魚類から哺乳類まで比較的保存性が高いことが明らかになっています。よって、本研究により、大胆さの個性を創発する分子神経メカニズムの進化的起源が明らかになることが期待されます。

代表者の主要論文
  • Taiwa K, Yokoi S, Mito M, Fujii K, Kimura Y, Iwasaki S, Nakagawa S: UPA-Seq: Prediction of Functional LncRNAs Using Differential Sensitivity to UV Crosslinking. RNA (New York, N.Y.), 24(12), 1785-1802, 2018.
  • Watakabe I, Hashimoto H, Kimura Y, Yokoi S, Naruse K, Higashijima SI: Highly efficient generation of knock-in transgenic medaka by CRISPR/Cas9-mediated genome engineering. Zoological letters, 4, 2018.
  • *Okuyama T, *Yokoi S, Takeuchi H: Molecular basis of social competence in medaka fish. Development, growth & differentiation, 59(4), 211-218, 2017.
  • Yokoi S, Ansai S, Kinoshita M, Naruse K, Kamei Y, Young LJ, Okuyama T, Takeuchi H: Mate-guarding behavior enhances male reproductive success via familiarization with mating partners in medaka fish, Frontiers in Zoology, 13, 21, 2016.
  • Isoe Y, Konagaya Y, Yokoi S, Kubo T, Takeuchi H: Ontogeny and Sexual Differences in Swimming Proximity to Conspecifics in Response to Visual Cues in Medaka Fish
    Zoological Science, 33(3), 246-254, 2016.
  • Yokoi S, Okuyama T, Kamei Y, Naruse K, Taniguchi Y, Ansai S, Kinoshita M, Young LJ, Takemori N, Kubo T, Takeuchi H: An Essential Role of the Arginine Vasotocin System in Mate-Guarding Behaviors in Triadic Relationships of Medaka Fish (Oryzias latipes). PLoS genetics, 11, e1005009, 2015.
  • Okuyama T, Yokoi S, Abe H, Isoe Y, Suehiro Y, Imada H, Tanaka M, Kawasaki T, Yuba S, Taniguchi Y, Kamei Y, Okubo K, Shimada A, Naruse K, Takeda H, Oka Y, Kubo T, Takeuchi H: A neural mechanism underlying mating preferences for familiar individuals in medaka fish. Science (New York, N.Y.), 343, 91-94, 2014.

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発声学習バイアスの個体差形成に関わる脳内遺伝子発現メカニズムの解明

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

生育環境を統制しても表出してくる『学習行動の個体差』が、脳部位特異的にいかに表象されているのでしょうか? 本研究では、単一細胞レベルの遺伝子発現を父・母由来別のゲノム情報を用い、その父母アレルからの読み出しが子の発声行動表現型の個体差形成にいかに関わってくるのかを検証実験により明らかにすることを目指します。このために、種特異的な歌パターンを学習によって獲得する鳴禽類ソングバードの異種間ハイブリッド個体を用い、音声発声学習過程における発声行動表現型(音声発達変化・学習戦略・固定化した発声パターン)に着目した行動解析を行います。これと同時に発声学習・生成のために特化した脳内ソングシステムに発現している遺伝子群を親種間で異なる種特異的一塩基多型 (SNP)を利用し、父母アレルのどちらに由来するかゲノムワイドに測定します。これらの実験により、「父」・「母」由来の遺伝要因の読み出しの『質』(父母アレルからの発現比)と『量』(アレル発現総量)が脳部位特異的にいかに制御され、その神経機能の個性形成に影響を与えるのか明らかにしていきます。

  • 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
  • Hayase S, Wang H, Ohgushi E, Kobayashi M, Mori C, Horita H, Mineta K, Liu WC, Wada K.
    Vocal practice regulates singing activity-dependent genes underlying age-independent vocal learning in songbirds.
    PLoS Biol. 16(9): e2006537. 2018
  • Hayase S, Wada K.
    Singing activity-driven Arc expression associated with vocal acoustic plasticity in juvenile songbird.
    Eur J Neurosci. 48(2):1728-1742. 2018
  • Mori C, Liu WC, Wada K.
    Recurrent development of song idiosyncrasy without auditory inputs in the canary, an open-ended vocal learner.
    Scientific Reports 8:8732. 2018
  • 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
  • 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
  • Mori C, Wada K.
    Audition-independent vocal crystallization associated with intrinsic developmental gene expression dynamics.
    Journal of Neuroscience 35:878-89. 2015.
  • 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
  • Liu WC, Wada K, Jarvis ED, Nottebohm F
    Rudimentary substrates for vocal learning in a suboscine.
    Nature Communication 4:2082. 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
  • 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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環境適応能力とRNAメチル化修飾制御の個体差の関連性を検証する

写真:王 丹
研究代表者

京都大学 物質ー細胞システム拠点
拠点特定准教授 王 丹

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代表メッセージ

個性は、遺伝と環境の相互作用によって形成され、知的自覚によって変容でき、行動様式を規定する十人十色の「アイデンティティー」である。しかし、個性形成のメカニズムには不明な点が多い。近年、既存分野では説明できない遺伝子発現様式と脳の高次機能の関連性が近年次々と報告され、RNA転写後制御による遺伝子発現プログラムの重要性が示唆されている。中でも、RNA化学修飾塩基を取り扱う「エピトランスクリプトミクス」分野が急速に発展し、様々な生命現象へ関与することが明らかになった。本課題の研究代表者は、哺乳類脳におけるメッセンジャーRNA(mRNA)上の化学修飾のうちもっとも存在量が豊富、かつダイナミックに修飾状態が制御されるメチル化アデノシン塩基(m6A) に着目し、シナプスにあるm6A修飾をもつmRNAおよびlncRNAを網羅的に解析した(Nat Neurosci, 2018)。その結果、ヒトの精神的個性形成に重要である活動依存的な神経発達・シナプス機能に関わる多くの遺伝子転写産物がm6A修飾塩基をもつことが明らかになった。同時期に、大うつ病性障害患者においてストレスホルモンに対するm6A応答の欠如が報告された(Neuron, 2018)。これは、多様性と柔軟性に富んだエピトランスクリプトームが遺伝と環境が働き合う分子基盤として、高い時空間分解能をもち、環境適応の過程から生まれる個性創発に適することを示している。本研究はこの可能性を検証するために、2種類のマウス系統の環境変化に対する適応能力の差に注目して、それぞれのマウスの環境変化に対するm6A応答性を測定する。さらに、m6A制御経路を撹乱したマウスを用い、「環境変化適応性」と「活動依存的シナプス多様性」を測定し、動的なRNA修飾を介した「遺伝?環境」相互作用の新規分子脳科学的基盤を明らかにする。

  • 研究代表者
    拠点特定准教授王 丹

    京都大学 物質ー細胞システム拠点

    専門分野:
    神経科学、分子生物学

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

代表者の主要論文
  • Merkurjev D, Hong WT, Iida K, Goldie BJ, Yamaguti H, Oomoto I, Ohara T, Kawaguchi S, Hirano T, Martin KC, Pellegrini M, Wang DO*. Synaptic N6 methyladenosine (m6A) reveals functional partitioning of localized transcripts. Nature Neuroscience, 21, 1004?1014 (2018).
  • Wang DO*. Live Imaging of Nuclear RNPs in Mammalian Complex Tissue with ECHO-liveFISH. Methods Mol Biol. (2018); 1649:259-272. doi: 10.1007/978-1-4939-7213-5_17.
  • Oomoto I, Hirano-Suzuki A, Umeshima H, Han YW, Yanagisawa H, Carlton P, Harada Y, Kengaku M, Okamoto A, Shimogori T, and Wang DO*. ECHO-liveFISH: in vivo RNA Labeling Reveals Dynamic Regulation of Nuclear RNA Foci in Living Tissues. Nucl Acids. Res doi:10.1093/narlgkv614 (2015) * This work has been featured in “Nikkei Sangyo Shimbun” and “Weekly Economist”.
  • Wang DO and Akimitsu Okamoto*. ECHO probes: fluorescence emission control for nucleic acid imaging. Journal of Photochemistry and Photobiology, C: Photochemistry Reviews 13(2): 112-123 (2012)
  • Meer E#, Wang DO#, Kim SM, Barr I, Guo F, and Martin KC. Identification of a cis-element that localizes mRNA to synapses. PNAS 109 (12): 4639-44 (2012) (#Equal contribution)
  • Wang DO*, Hitomi Matsuno, Shuji Ikeda, Hiroyuki Yanagisawa, Yasunori Hayashi, and Akimitsu Okamoto*. A quick and simple FISH protocol with hybridization-sensitive fluorescent linear oligodeoxynucleotide probes. RNA (2012) Jan;18(1):166-75
  • Wang DO, Martin KC*, and Zukin RS*. Spatially restricting gene expression by local translation at synapses. Trends Neurosci. (2010) 33(4):173-82
  • Wang DO, Kim SM, Zhao Y, Hwang HG, Miura SK, Sossin WS, and Martin KC*. Synapse- and stimulus-specific local translation during long-term neuronal plasticity. Science. (2009) 324(5934): 1536-40.
  • Wang D and Quick MW*. Trafficking of the plasma membrane GABA transporter GAT1: Size and rates of an acutely recycling pool. J Biol Chem. (2005) 280:18703-18709.

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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

個性を創り出す脳内転写因子活性の定量評価

写真:安部 健太郎
研究代表者

東北大学 大学院生命科学研究科
教授 安部 健太郎

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代表メッセージ

動物の個性の獲得過程において先天的要因である「生まれ」と、後天的な要因である「育ち」は、両者とも複雑に影響し合います。先天的な要因であるゲノム情報の違いは行動や反応などの動物の「個性」の違いに影響しますが、均一なゲノム情報をもつ個体でもその行動や反応に「個性」が存在することなどから分かるように、生後の経験や生活習慣などの後天的な要因も「個性」の形成に重要です。体を構成する個々の細胞の性質は発現する遺伝子の発現パターンで決まりますが、多数の遺伝子セットの発現を制御する「転写因子」は後天的な情報依存的に、先天的情報の発現である遺伝子発現を制御する因子であり、先天的情報と後天的な情報を結びつける「かなめ」となると言えます。本研究では研究代表者の独自技術「転写因子活性プロファイリング」により、成体動物個体内の細胞が発現する多数の内在転写制御因子の生体内の活性を測定します。本研究では、マウスをモデルとして、系統による個性的行動の背景にある脳内転写因子活性の違いや、生育環境依存的な脳内転写因子活性の変化を明らかにし、脳内転写因子活性の変化が「個性」を生み出す機構を明らかにします。

  • 研究代表者
    教授安部 健太郎

    東北大学 大学院生命科学研究科

    専門分野:
    発達神経科学、分子神経科学

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

    URL:
    http://kntrb.org/Lab.html

代表者の主要論文
  • Abe K, Matsui S. and Watanabe D. Transgenic songbirds with suppressed or enhanced activity of CREB
    transcription factor. Proc Natl Acad Sci U.S.A. 112(24):7599-604, 2015.
  • Abe K and Watanabe D. Songbirds possess the spontaneous ability to discriminate syntactic rules. Nature Neuroscience, 14(8):1067-73, 2011.
  • Abe K and Takeichi M. EPLIN mediates linkage of the cadherin-catenin complex to F-actin and stabilizes the circumferential actin belt. Proc Natl Acad Sci U.S.A. 105(1):13-9, 2008.
  • Abe K and Takeichi M. NMDA receptor activation induces calpain-mediated β-catenin cleavages for triggering gene expression. Neuron, 53(3):387-97, 2007.
  • Abe K, Chisaka O, van Roy F. and Takeichi M. Stability of dendritic spines and synaptic contacts is controlled by αN-catenin. Nature Neuroscience, 7(4):357-63, 2004.
  • Togashi H., Abe K, Mizoguchi A., Takaoka K., Chisaka O. and Takeichi M. Cadherin Regulates Dendritic Spine Morphogenesis. Neuron, 35, 77-89, 2002.

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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6部
研究員 井上(上野)由紀子

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代表メッセージ

脳神経系発生発達の多様性は、ゲノムの個体差を基に、環境因子の影響が加わって生み出されると考えられます。そのような「個性創発」メカニズムを客観的・科学的に理解することを目指す本領域において、ヒトでは計測できないゲノム改変による脳活動・行動様式の変化を検証可能なモデル動物は重要な役割を担います。特に遺伝学の基盤が充実しているマウスに関しては、近年のゲノム編集技術の進展により、短期間で遺伝子改変個体を作製可能になりました。本課題では、最先端のCRISPR/Cas9システムを駆使して、以下の研究と支援を進めます。
(1)社会性行動を促進的に制御することが知られるオキシトシンは、脳内に広く分布するオキシトシン受容体を介して、神経細胞の機能を修飾します。オキシトシン受容体遺伝子のイントロン配列内にある一塩基多型が、社会性行動の多様性と関連することが盛んに報告されていますが、その神経科学的メカニズムは謎のままです。本課題では、マウス受精卵を用いたゲノム編集によりオキシトシン受容体遺伝子改変やヒト化を行い、イントロン配列の個体差と受容体発現様式・社会性行動との関わりを探ります。
(2)受精卵を用いたゲノム編集による遺伝子改変マウス作製は、従来のES細胞を用いる方法と比べると格段に速く・低コストです。前半の活動の中で、すでに5件以上の領域内研究課題に対して、マウスモデルを迅速に提供してきました。後半の活動においても支援を継続します。

  • 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6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, Morimoto Y, Hoshino M, Inoue T: Generation of Pax6-IRES-EGFP
    knock-in mouse via the cloning-free CRISPR/Cas9 system to reliably visualize neurodevelopmental dynamics. Neuroscience Research, 132, 1-7, 2018 (chosen as the cover article)
  • Inoue YU, 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 the cover article)
  • Owa T, Taya S, Miyashita S, Yamashita M, Adachi T, Yamada K, Yokoyama M, Aida S, Nishioka T, Inoue YU, Goitsuka R, Nakamura T, Inoue T, Kaibuchi K, Hoshino M: Meis1 coordinates cerebellar granule cell development by regulating Pax6 transcription, BMP signaling and Atoh1 degradation. Journal of Neuroscience, 38, 1277-1294, 2018
  • 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, 685-697, 2015

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進化と行動の数理モデルに基づく「個性」の適応的機能の検討

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

人間のみならず,多くの動物種にもその行動には一貫した個体差,つまり「個性」が存在することが知られています。「氏か育ちか」という言葉に表現されるように,これまで「個性」を決める要因としては遺伝要因と環境要因に分けて検討されてきました。しかし,近年になって遺伝要因と環境要因がほぼ均一に保たれていても,動物の行動には一貫した個体差が生じることが報告されています。さらに本公募班のこれまでの研究から,行動の「個性」を特徴づけるパラメータは同じ種の集団の中で連続的に分布するのではなく,離散的に分布する場合もあり,質的に異なる「個性」が生み出されている可能性も示されてきました。なぜヒトを含む動物にそのような個性が生み出されるか,そこにはどのような進化適応上の機能があるのか (あるいはないのか),ということはまだ十分に議論されていません。本公募研究では,生物がそのように個性を生みだすことの適応上の機能を理論的に検討します。そのために,行動データの分析を通して構築した行動の数理モデルやその進化シミュレーションおよび理論的解析により,行動に表れる個性の適応的な機能に迫っていきたいと思います。

  • 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.kentaro*b.mbox.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
  • Katahira K.: The statistical structures of reinforcement learning with asymmetric value updates. Journal of Mathematical Psychology, 87, 31-45, 2018.
  • Katahira K, & Yamashita Y: A theoretical framework for evaluating psychiatric research strategies. Computational Psychiatry, 1, 184-207, 2017.
  • Katahira K, Yuki S, Okanoya K: Model-based estimation of subjective values using choice tasks with probabilistic feedback. Journal of Mathematical Psychology, 79, 29?43,2017.
  • Toyama A., Katahira K, Ohira H: A simple computational algorithm of model-based choice preference. Cognitive, Affective, & Behavioral Neuroscience, 17, 764?783, 2017
  • Katahira K: How hierarchical models improve point estimates of model parameters at the individual level. Journal of Mathematical Psychology, 73, 37-58, 2016.
  • 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, 3056-3068. 2015.

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非侵襲脳活動データの時空間解析によるヒト脳「個性」指標の研究

写真:川鍋 一晃
研究代表者

国際電気通信基礎技術研究所
研究室長 川鍋 一晃

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代表メッセージ

近年の非侵襲脳イメージング技術の発展により、ヒトの脳の「個性」と行動特性や心理的傾向との関係が明らかになりつつあります。しかしながら、脳活動の間接的な計測データであるため、現時点では、ヒトの「個性」の背後にある脳内基盤にアプローチすることは容易ではありません。本課題では、脳波(EEG)と機能的核磁気共鳴画像(fMRI)という2つの脳イメージングデータに対して、潜在する脳活動成分を抽出するための機械学習法の高度化を行います。脳波については、約100ミリ秒で切り替わる典型的な空間パターンであるMicrostateから、個別の情報処理に対応する信号成分の抽出を試み、脳波-fMRI同時計測データを用いてその脳内基盤にアプローチします。また、fMRIについては、安静時やさまざまな課題実施時に共通する脳機能結合パターンを求める手法を拡張することで、状態に依存しない脳機能モジュール構造を抽出する手法を開発し、この共通基盤の解釈を試みます。時間分解能の高い脳波と空間的分解能の高いfMRIという異なる長所を持った脳活動計測データの解析法を発展させることにより、脳イメージングデータに基づく新しいヒト脳「個性」指標を創出するができればと考えています。

  • 研究代表者
    研究室長川鍋 一晃

    国際電気通信基礎技術研究所

    専門分野:
    機械学習、生体医工学

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

    URL:
    https://bicr.atr.jp/dbi/

代表者の主要論文
  • Hirayama J, Hyvarinen A, Kawanabe M: SPLICE: Fully tractable hierarchical extension of ICA with pooling. Proc. of the 34th
    International Conference on Machine Learning, PMLR 70, 1491-1500, 2017.
  • Hirayama J, Hyvarinen A, Kiviniemi V, Kawanabe M, Yamashita O: Characterizing variability of modular brain connectivity with constrained principal component analysis. PLoS One, 11, e0168180, 2016.
  • Hyvarinen A, Hirayama J, Kiviniemi V, Kawanabe M: Orthogonal connectivity factorization: Interpretable decomposition of variability in correlation matrices.
    Neural Computation, 28, 445-484, 2016.
  • Morioka H, Kanemura A, Hirayama J, Shikauchi M, Ogawa T, Ikeda S, Kawanabe M, Ishii S: Learning a common dictionary for subject-transfer decoding with resting calibration. NeuroImage, 111, 167-178, 2015.
  • Morioka H, Kanemura A, Morimoto S, Yoshioka T, Oba S, Kawanabe M, Ishii S: Decoding spatial attention by using cortical currents estimated from electroencephalography with near-infrared spectroscopy prior information. NeuroImage, 90, 128-139, 2014.
  • Samek W, Kawanabe M, Muller K-R: Divergence-based framework for common spatial patterns algorithms. IEEE Reviews in Biomedical Engineering, 7, 50-72, 2014.
  • Kawanabe M, Samek W, Muller K-R, Vidaurre C: Robust common spatial filters with a maxmin approach. Neural Computation, 26, 349-376, 2014.
  • Binder A, Muller K-R, Kawanabe M: On taxonomies for multi-class image categorization.
    International Journal of Computer Vision, 99, 281-301, 2012.
  • Haufe S, Tomioka R, Nolte G, Muller K-R, Kawanabe M: Modeling sparse connectivity between underlying brain sources for EEG/MEG. IEEE Transactions on Biomedical Engineering, 57, 1954-1963, 2010.
  • Blankertz B, Tomioka R, Lemm S, Kawanabe M, Muller K-R: Optimizing spatial filters for robust EEG single-trial analysis. IEEE Signal Processing Magazine, 25, 41-56, 2008.

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「個性」創発メカニズム解明のためのシナプス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

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、異なる色(緑色と赤色)のカルシウムセンサーを用いて、生後発達期におけるシナプス前およびシナプス後細胞の活動を同時に計測するイメージング法(Pre-post イメージング法)方法の開発をおこないます。本研究により、神経活動計測を介した「個性」創発メカニズムの解明のための新たな研究ストラテジーの創出だけでなく、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が期待しています。

  • 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、神経生理学

    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
  • Bando, Y*#, Sakamoto M*#, Kim S, Ayzenshtat I, Yuste R: Comparative evaluation of genetically encoded voltage indicators. Cell Reports 26, 802-813, 2019.
  • Kwon T#, Sakamoto M#, Peterka D.S, Yuste R: Attenuation of synaptic potentials in dendritic spines. Cell Reports 20,1100-1110, 2017.
  • 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.

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記憶とストレス応答の個体差を担う脳活動の大規模解析

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

生物脳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ような研究アプローチが必要です。これまでに私たちは、従来用いてきた大脳皮質の神経活動(脳波)計測法を多領域に拡張し、大脳皮質の広範な脳活動と、心電図や筋電図、呼吸リズムなどの末梢臓器活動を同時に記録する電気生理計測技術を開発してきました。本計測法を用いて、ラットにストレス刺激を与えると、末梢臓器の活動に不具合を生じる動物群(ストレス感受性群)と、そうでない群(ストレス非感受性群)に分かれます。こうしたストレス応答の個体差は、ストレス負荷前における特定の脳領域間の活動度合いによって予測されることを示してきました。この知見をさらに進め、本研究では、ストレス応答の個体差を、ストレス記憶の想起頻度によって説明できるか、新しい仮説に取り組もうと考えています。多くの記憶研究から、獲得した記憶を神経回路に固定するには、同じ神経活動の繰り返し再生(反復)が必要であることが知られていますが、これはストレス応答時の記憶回路で何度も反復されることにもつながり、ストレス応答を増長する要因になるかもしれません。本研究では、独自に開発した中枢末梢記録法や神経発火解析などを用いて、この仮説の実証を目指します。

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
  • Aoki Y, Igata H, Ikegaya Y, Sasaki T: Integration of goal-directed signals onto spatial maps of hippocampal place cells. Cell Reports, 2019
  • Konno D, Nakayama R, Tsunoda M, Funatsu T, Ikegaya Y, Sasaki T: Collection of biochemical samples with brain-wide electrophysiological recordings from a freely moving rodent. Journal of Pharmacological Sciences, 2019
  • Shikano Y. Nishimura Y, Okonogi T, Ikegaya Y, Sasaki T: Vagus nerve spiking activity associated with locomotion and cortical arousal states in a freely moving rat. European Journal of Neuroscience, 2019
  • Sasaki T: Non-structured spike sequences of hippocampal neuronal ensembles in awake animals. Neuroscience Research, 2019
  • Sasaki T: A physiolomics approach to reveal systemic organ dynamics in a rodent. Biological Pharmaceutical Bulletins, 2019
  • Sasaki T, Piatti VC, Hwaun E, Ahmadi S, Lisman JE, Leutgeb S, Leutgeb JK: Dentate network activity is necessary for spatial working memory by supporting CA3 sharp-wave ripple generation and prospective firing of CA3 neurons. Nature Neuroscience, 21, 258-269, 2018
  • Sasaki T, Leutgeb S, Leutgeb JK: Spatial and memory circuits in the medial entorhinal cortex. Current Opinion in Neurobiology, 32, 16-23, 2015
  • 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, 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: Action potential modulation during axonal conduction. Science, 331, 599-601, 2011

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潜在的なストレス耐性の個体差を担う神経基盤の全脳解析

写真:勢力 薫
研究代表者

大阪大学大学院薬学研究科 神経薬理学分野
招へい教員 勢力 薫

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代表メッセージ

ストレスに対する耐性は個体ごとに異なり、その個体差はげっ歯類などの実験動物においても認められます。近年では、慢性的なストレスを受けたマウスの中に、うつ様行動を示す個体と、ほとんど示さない個体が含まれ、両者の間には行動だけでなく神経活動レベルや遺伝子発現レベルの変化が認められることが明らかにされてきました。しかし、このストレス耐性の個体差は、慢性的なストレスを受けて初めて明らかになるため、ストレスを受ける以前の元々の脳機能の個体差がストレス耐性に及ぼす影響については不明な点が多く残されています。本研究では、マウス全脳を一細胞レベルの空間分解能で観察する顕微鏡イメージング技術FAST (block-FAce Serial microscopy Tomography)と、活動した神経細胞を標識・可視化できる遺伝子改変マウスを用いて、様々な脳領域の神経活動に基づく脳機能の個体差情報を取得し、慢性ストレスを受けた後のうつ様行動の個体差との相関関係を解析します。そして、ストレス耐性に寄与する脳領域や神経活動パターンの個体差を推定する解析法を確立し、ストレス応答における「個性」創発研究に貢献できる計測技術の構築を目指します。

  • 研究代表者
    招へい教員勢力 薫

    大阪大学大学院薬学研究科 神経薬理学分野

    専門分野:
    薬理学、神経科学

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

    URL:
    http://molpharm.umin.jp/

代表者の主要論文
  • Seiriki K, Kasai A, Nakazawa T, Niu M, Naka Y, Tanuma M, Igarashi H, Yamaura K, Hayata-Takano A, Ago Y, Hashimoto H. Whole-brain block-face serial microscopy tomography at subcellular resolution using FAST. Nat Protocols, Epub ahead of print, 2019
  • Seiriki K, Kasai A, Hashimoto T, Schulze W, Niu M, Yamaguchi S, Nakazawa T, Inoue KI, Uezono S, Takada M, Naka Y, Igarashi H, Tanuma M, Waschek JA, Ago Y, Tanaka KF, Hayata-Takano A, Nagayasu K, Shintani N, Hashimoto R, Kunii Y, Hino M, Matsumoto J, Yabe H, Nagai T, Fujita K, Matsuda T, Takuma K, Baba A, Hashimoto H. High-Speed and Scalable Whole-Brain Imaging in Rodents and Primates. Neuron 94(6):1085-1100.e6. 2017
  • Seiriki K, Kasai A, Kuwaki T, Nakazawa T, Yamaguchi S, Hashimoto H. Critical involvement of the orbitofrontal cortex in hyperlocomotion induced by NMDA receptor blockade in mice. Biochem Biophys Res Commun 480(4):558-63. 2016

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