パンフレット - 科学技術振興機構

成 熟 脳 におけるシナプス 形 成 機 構 の
解 明 と 制 御
海 馬 神 経 回 路 形 成 における 細 胞 接 着
分 子 と 関 連 分 子 の 機 能 と 作 用 機 構
霊 長 類 の 大 脳 ― 小 脳 ― 基 底 核 ネット
ワークにおける 運 動 情 報 処 理 の 分 散
と 統 合
柚 﨑 通 介
慶 應 義 塾 大 学 医 学 部
教 授
高 井 義 美
神 戸 大 学 大 学 院 医 学 研 究 科
教 授
星
英 司
( 公 財 ) 東 京 都 医 学 総 合 研 究 所 認 知 症 ・
高 次 脳 機 能 研 究 分 野 副 参 事 研 究 員
成 熟 脳 においても、 神 経 活 動 に 応 じて
シナプスが 形 態 的 改 変 を 受 け 続 けま
す。この 過 程 は 長 期 記 憶 の 基 盤 と 考
えられています。 本 研 究 では、 新 しく 発
見 されたc1q ファミリー 分 子 によるシ
ナプス 形 成 ・ 維 持 機 構 を 解 明 します。さらに、c1qファミ
リー 分 子 を 介 したシグナル 伝 達 経 路 を 操 作 することに
よって、 神 経 回 路 の 形 成 と 個 体 行 動 を 制 御 する 方 法 を
探 ります。 本 研 究 の 成 果 は、 加 齢 によるシナプス 減 少 な
どの 病 態 を 視 野 に 入 れた 臨 床 応 用 につながることが 期
待 されます。
海 馬 は 記 憶 と 学 習 の 鍵 となる 脳 部 位
であり、そこでは 興 奮 性 と 抑 制 性 の 神
経 細 胞 がシナプスを 介 して 局 所 的 な
神 経 回 路 を 形 成 し、その 出 力 を 制 御 し
ています。しかし、 海 馬 神 経 回 路 の 形
成 機 構 や 機 能 の 発 現 機 構 の 多 くは 不 明 のままです。 本
研 究 では(1) 神 経 回 路 形 成 における 標 的 細 胞 認 識 、
(2)シナプスの 形 態 形 成 と 機 能 制 御 、(3)シナプス 可
塑 性 発 現 のそれぞれの 過 程 において、 細 胞 間 接 着 分 子
ネクチンとその 結 合 タンパク 質 アファディン 及 びそれらの
関 連 分 子 が 果 たす 役 割 を 解 明 します。
大 脳 の 運 動 野 、 小 脳 、 基 底 核 が 協 調
的 に 機 能 することによって、さまざまな
動 作 の 表 出 が 可 能 になります。 本 研
究 では、サルを 用 いて、これらの 脳 領
域 をつなぐ 神 経 ネットワークの 構 築 を
細 胞 レベルで 同 定 し、 動 作 を 発 現 する 神 経 機 構 をミリ 秒
の 精 度 で 解 明 します。さらに、 特 定 の 領 域 や 神 経 回 路 の
障 害 が 引 き 起 こす 個 体 行 動 と 神 経 ネットワーク 活 動 の
変 化 を 解 析 します。 本 研 究 によって、 複 数 の 脳 領 域 の
機 能 連 関 によって 実 現 される 運 動 情 報 処 理 のメカニズ
ムと 病 態 生 理 の 解 明 を 目 指 します。
平 成 22 年 度 採 択
感 覚 情 報 を 統 合 する 高 次 神 経 の 回 路
構 造 と 機 能 のシステム 解 析
可 塑 的 神 経 回 路 を 支 えるシグナル 伝 達
の 分 子 基 盤 解 明 と 制 御
サル 大 脳 認 知 記 憶 神 経 回 路 の 電 気
生 理 学 的 研 究
伊 藤
啓
東 京 大 学 分 子 細 胞 生 物 学 研 究 所
准 教 授
尾 藤 晴 彦
東 京 大 学 大 学 院 医 学 系 研 究 科
准 教 授
宮 下 保 司
東 京 大 学 大 学 院 医 学 系 研 究 科
教 授
脳 は 光 ・ 匂 い・ 味 ・ 音 ・ 触 覚 などの 五 感
の 情 報 を 総 合 して 行 動 を 制 御 しますが、
異 なる 感 覚 器 官 からの 情 報 がどのよう
にして 脳 で 比 較 ・ 統 合 されるかはほとん
ど 分 かっていません。 本 研 究 では 神 経
を 単 一 細 胞 レベルで 効 率 よく 解 析 できるショウジョウバエ
脳 をモデルとして、 各 感 覚 の 低 次 中 枢 からの 情 報 を 統 合
して 行 動 制 御 に 結 びつける 脳 領 域 を 体 系 的 に 解 析 し、イ
メージングや 特 定 神 経 の 機 能 制 御 実 験 など 多 彩 な 研 究
を 組 み 合 わせて、 情 報 統 合 の 過 程 を 明 らかにします。
神 経 回 路 には、 遺 伝 子 プログラムに
よって 決 定 される 回 路 (hardwired
circuit)に 加 え、 経 験 に 依 存 して 連
結 性 が 強 化 され る 可 塑 的 回 路
(plastic circuit)の 存 在 が 想 定 され
ています。 本 研 究 では、 新 規 のイメージング 技 術 により、
この 可 塑 的 回 路 を 支 えるシグナル 伝 達 の 分 子 基 盤 をシ
ナプスレベルならびにシステムレベルで 明 らかにします。
さらに、 可 塑 的 神 経 回 路 の 脱 構 築 ・ 再 構 築 を 制 御 するた
めの 新 技 術 を 開 発 します。
霊 長 類 の 認 知 記 憶 は 思 考 をはじめと
するさまざまな 高 次 精 神 機 能 の 基 礎 と
なります。 本 研 究 では、この 認 知 記 憶
システ ム の 構 成 要 素 である 記 憶
ニューロン 群 ( 記 憶 形 成 に 関 わる 記 銘
ニューロンや 記 憶 の 引 き 出 しに 関 わる
想 起 ニューロン)を 生 みだす 大 脳 側 頭 葉 ・ 前 頭 葉 皮 質 の
微 小 神 経 回 路 のはたらきを 調 べ、これらがどのように 協
調 的 に 組 織 化 されて 記 銘 や 想 起 という 現 象 が 可 能 にな
るかを 明 らかにします。 多 点 電 極 で 同 時 記 録 される 神 経
信 号 間 の 因 果 的 依 存 関 係 を、 近 年 開 発 されたノンパラメ
トリック 型 の 信 号 解 析 法 によって 解 きほぐしていく 方 法 を
中 心 として、 集 学 的 アプローチにより 研 究 を 進 めます。
大 脳 皮 質 の 機 能 的 神 経 回 路 の 構 築
原 理 の 解 明
中 枢 神 経 障 害 後 の 神 経 回 路 再 編 成
と 機 能 回 復 のメカニズムの 解 明
神 経 細 胞 の 個 性 がつくる 神 経 回 路 と
セルアセンブリ
大 木 研 一
九 州 大 学 大 学 院 医 学 研 究 院
教 授
山 下 俊 英
大 阪 大 学 大 学 院 医 学 系 研 究 科
教 授
八 木
健
大 阪 大 学 大 学 院 生 命 機 能 研 究 科 教 授
大 脳 皮 質 には 数 百 億 の 神 経 細 胞 が
存 在 しますが、 機 能 によって 何 十 もの
領 野 に 分 かれています。 各 領 野 も、さ
らに 細 かいモジュールに 分 割 されてい
ます。 本 研 究 では、 機 能 的 な 神 経 回
路 の 最 小 単 位 の 構 造 と 機 能 を、 単 一 細 胞 レベルの 解
像 度 をもつ 独 自 のin vivo 二 光 子 イメージング 技 術 を 用
いて 解 明 し、 単 位 回 路 の 動 作 ・ 形 成 原 理 の 解 明 を 通 し
て、 大 脳 皮 質 視 覚 野 の 神 経 回 路 が 情 報 処 理 を 行 う 上
での 基 本 構 造 ・ 原 理 とその 発 生 メカニズムを 明 らかにし
ます。
中 枢 神 経 回 路 が 障 害 を 受 けると、ある
程 度 の 機 能 回 復 が 自 然 にもたらされ
ることがあります。 我 々は、 脳 損 傷 後
に、 運 動 機 能 を 制 御 する 皮 質 脊 髄 路
が 新 たな 代 償 性 神 経 回 路 を 形 成 する
ことを 明 らかにしました。 本 研 究 では、げっ 歯 類 、サルおよ
びヒトにおいて、 脳 の 障 害 後 に 代 償 性 神 経 回 路 が 形 成
される 分 子 メカニズムを 解 明 するとともに、 神 経 回 路 の
再 編 成 を 促 進 することによって、 失 われた 神 経 機 能 の 回
復 を 図 る 分 子 標 的 治 療 法 の 開 発 を 行 います。
脳 を 構 成 する 神 経 細 胞 は 個 性 をもち
ながら 複 雑 な 神 経 回 路 をつくり、 集 団
として 活 動 しています。 本 研 究 では、こ
の 神 経 細 胞 の 個 性 ができる 仕 組 みに
着 目 し、 神 経 回 路 の 構 築 と 機 能 形 成
の 原 理 を 明 らかにします。また、この 仕
組 みを 操 作 する 技 術 を 開 発 することにより、これまで 謎 で
あった 脳 における 並 列 分 散 的 な 情 報 処 理 の 生 物 学 的
基 盤 の 解 明 にアプローチします。 本 研 究 によって、ここ
ろの 発 達 や 精 神 神 経 疾 患 の 分 子 的 基 盤 の 解 明 、さらに
は、 感 覚 ・ 運 動 ・ 心 を 捉 える 新 しいニューラルネットワーク
モデルの 開 発 に 貢 献 することが 期 待 できます。
言 語 の 脳 機 能 に 基 づく 神 経 回 路 の 動 作
原 理 の 解 明
平 成 23 年 度 採 択
生 体 内 シナプス 長 期 再 編 における
グリア-シナプス 機 能 連 関
酒 井 邦 嘉
東 京 大 学 大 学 院 総 合 文 化 研 究 科
教 授
鍋 倉 淳 一
自 然 科 学 研 究 機 構 生 理 学 研 究 所
教 授
本 研 究 は、システム 神 経 科 学 に 臨 床
的 言 語 障 害 研 究 と 言 語 理 論 研 究 を
融 合 させた 相 乗 効 果 をねらいとします。
研 究 目 標 として、 人 間 の 脳 における 言
語 の 機 能 分 化 と 機 能 局 在 から 機 能 モ
ジュール( 具 体 的 には 文 法 や 意 味 処 理 等 )の 計 算 原 理
を 明 らかにして、モジュール 間 相 互 の 神 経 結 合 から 神 経
回 路 の 動 作 原 理 の 解 明 を 中 核 に 据 えます。さらに、 言 語
獲 得 の 感 受 性 期 および 言 語 障 害 後 の 神 経 回 路 再 編 メ
カニズムを 解 明 することを 目 指 します。
内 外 環 境 の 長 期 変 化 に 応 じて 脳 機
能 はダイナミックに 変 化 しますが、その
背 景 には 神 経 回 路 の 再 編 成 過 程 が
存 在 します。しかし、これまでは 技 術 的
な 制 約 のため、 生 きた 個 体 で 神 経 回
路 の 変 化 を 経 時 的 に 観 察 することは
困 難 でした。 本 研 究 では、 二 光 子 励 起 顕 微 鏡 による 観
察 法 を 生 きた 動 物 に 適 用 し、 生 体 内 で 神 経 回 路 の 要 と
なるシナプスの 形 態 を 長 期 間 観 察 して、その 変 化 を 明 ら
かにします。また、シナプス 再 編 に 対 するミクログリアおよ
びアストロサイトの 関 与 について 検 討 し、グリア-シナプ
ス 機 能 連 関 という 視 点 から 脳 の 環 境 適 応 の 仕 組 みを 明
らかにします。
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