平成27（2015）年度　一般研究２実施報告書

課題番号	27−共研−2002		分野分類			統計数理研究所内分野分類			a
						主要研究分野分類			3
研究課題名	脳神経の自励的同期活動を生成するミニマムネットワーク構造の推定
フリガナ 代表者氏名	オケ ヨシヒコ 尾家 慶彦				ローマ字		Oke Yoshihiko
所属機関	兵庫医科大学
所属部局	生理学講座生体機能部門
職　　名	助教
配分経費	研究費	40千円		旅　費		29千円		研究参加者数		2　人

研究目的と成果（経過）の概要

ニューロンやアストロサイトの自励的な同期活動は、脳内での情報伝達やネットワークの発達などに重要な機能である。この自励的同期活動の発生・維持は、局所的な神経回路や個々の細胞が持つ特性に依存していると考えられており、個々の細胞の挙動やネットワークのダイナミクスについては様々な研究が行われてきた。しかしながら、自励的活動に必要なネットワーク構造やネットワーク内での呼吸細胞の活性化順序（情報伝達経路）などネットワーク自体の持つ性質・機能と個々の呼吸細胞の活動の関連については未だ明らかにされていない。
そこで、本研究では、自励的同期活動の生成メカニズムに迫るために、自励的同期活動を行う組織の一例として呼吸リズムを生成する脳幹部呼吸中枢に注目し、その自励的同期活動を生成しているミニマムネットワーク構造を推定することを目指す。具体的には、呼吸リズム生成に関与するペースメーカー領域の一つであるpreBotzinger complex（preBotC）を含むスライス標本（呼吸スライス）を使用して、自励的同期活動を行うニューロン及びアストロサイト（以下、呼吸細胞という）の活動の同時記録を二光子顕微鏡によるカルシウムイメージング法で行い、その結果の詳細な時空間解析を実施する。
平成27年度は、興奮性ニューロン、GABA抑制性ニューロン、グリシン抑制性ニューロンが区別可能な遺伝子組換えマウスを使用して、各種呼吸細胞の活動を記録した。その後、各々の種類の呼吸細胞をレーザー光により焼却除去し、実験的に各種呼吸細胞と自励的同期活動の関係を調べることを試みた。すると、どの種類ニューロンを焼灼した後にも自発的同期活動自体の頻度が上昇すると言う予想外の結果が得られた。この現象は、preBotCにある呼吸細胞以外の細胞を処理した場合にも観察された。現在、この現象が焼却除去のアーチファクトか否かそれとも生理的に意味がある結果であるかについて、各種細胞の焼却除去前後における呼吸細胞のプロファイルの変化、自励的同期活動時の細胞発火順の時空間的な変化について調査を行っている。場合によっては、焼却除去の際のレーザー光の条件について再検討や実験の追加が必要で、これらは今後の研究の課題であるとともに、研究の新たな方向性と展開をもたらす可能性がある。
データ解析については、イメージング記録のムービングアーチファクトの補正と局所細胞外電位による自励的同期活動とカルシウムイメージングデータの各ピクセルとの相互相関解析による呼吸細胞の検出、カルシウムイメージングと高解像度静止画像とのマッチングによる細胞検出等のデータの下処理方法は確立した。今後は、相互相関関係、因果性解析により各種呼吸ニューロン間の関係性の解明と定量分析を行い、ミニマルネットワークの推定を行う予定である。

当該研究に関する情報源（論文発表、学会発表、プレプリント、ホームページ等）

【論文発表】
(1) Y. Oke, D. Boiroux, F. Miwakeichi, Y .Oku, Stochastic activation among inspiratory cells in the pre-Botzinger complex of the rat medulla revealed by Ca2+ imaging, Neurosci. Lett. Vol. 595 (2015), 12-17.

【学会発表（国際学会）】
(1) F. Miwakeichi, Y. Oke, Y. Oku, G. Andreas, S. Huelsmann, A statistical strategy of optical imaging data analysis to differentiate neurons and astrocytes in the brain stem, Statistical Computing Asia 2015, Taipei, Taiwan, (2015).
(2) F. Miwakeichi, Y. Oke, Y. Oku, A. Galka and S. Hueelsmann, A statistical mapping strategy to identify inspiratory neurons among active cells in the pre-Botzinger complex, 37th Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology, Milan, Italy (2015)

【学会発表（国内）】
(1) Y. Oke, F. Miwakeichi, Y. Oku, S. Besser, J. Hirrlinger, S. Huelsmann, Development of inhibitory inspiratory neurons in the pre-Botzinger complex of neonatal mice（発達過程における新生児マウスのPre-Botzinger complex領域における吸息性抑制ニューロン数の変化）, The 93rd Annual Meeting of The Physiological Society of Japan（第93回日本生理学会大会）, Sapporo, Japan（2016年）
(2) Y. Oke, D. Bouiroux, F. Miwakeichi and Y. Oku, Stochastic activation of inspiratory cells in the pre-Botzinger complex with loose regularity during spontaneous inspiratory rhythmic bursts（自発的な吸息性バースト時には、pre-Botzinger complex領域に存在する吸息性細胞は緩やかな秩序に従って活性化する）, The 38th Annual Meeting of the Japan Neuroscience Society（第38回日本神経科学大会）, Kobe, Japan（2015年）
(3) F. Miwakeich, Y. Oke, Y. Oku, Andreas Galka and S. Huelsmann, Differentiation of neurons and astrocyte in brain stem by statistical image processing methods（統計的画像解析による脳幹のニューロン、アストロサイトの識別）, The 38th Annual Meeting of the Japan Neuroscience Society（第38回日本神経科学大会）, Kobe, Japan（2015年）

【シンポジウム・研究報告会等】
(1) 三分一史和, 尾家慶彦, A statistical mapping strategy to identify inspiratory neurons among active cells in the pre-Botzinger Complex、データ科学シンポジウム2015 欠測データ解析とモデル選択: 生体情報 データの統計モデル, 大阪大学, 大阪, 日本（2016）（招待講演）

【研究報告会等】
(1) 尾家慶彦, 呼吸スライスのCaイメージング方法の検討と課題, 第2回生命科学研究会, 神戸, 日本（2015）

研究会を開催した場合は、テーマ・日時・場所・参加者数を記入してください。

主催した研究会は無い

研究参加者一覧
氏名	所属機関
三分一 史和	統計数理研究所