平成28（2016）年度　一般研究２実施報告書

課題番号	28−共研−2001		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	呼吸リズム形成におけるニューロンネットワークとアストロサイトネットワークの相互作用の解明
フリガナ 代表者氏名	オク ヨシタカ 越久 仁敬				ローマ字		Oku Yoshitaka
所属機関	兵庫医科大学
所属部局	生理学生体機能部門
職　　名	教授
配分経費	研究費	40千円		旅　費		24千円		研究参加者数		10　人

研究目的と成果（経過）の概要

研究目的：脳はニューロンとアストロサイトの二種類の細胞で構成されている。従来、脳機能は、多数のニューロンよりなるニューロンネットワークの活動パターンで決定され、その際、アストロサイトはニューロン周囲の環境を維持する程度の副次的な役割しか果たしていないと考えられていた。しかし、最近になって、アストロサイトはニューロンと双方向性に情報のやり取りを行うことにより、ニューロンと共に神経活動を形成していることが明らかになってきた。本研究では呼吸リズムを生成している脳幹部位であるpre-Botzinger complexにおいてニューロンとアストロサイトの活動をカルシウムイメージングにより計測し、相互の影響を統計数理学的に解析する。また、呼吸ニューロンネットワークと局所的に緩徐な振動活動するアストロサイトネットワークがカップリングした場合に呼吸リズムにどのような影響が生じるのかを数理モデルのシミュレーションによって明らかにする。

成果（経過）の概要：我々は、自発的呼吸神経活動と関連する同期神経活動を保持する脳スライス（リズミックスライス）標本を用いて、リズムジェネレータであるpreBotzinger complexの二光子カルシウムイメージングを行っている。2014年度以降は、ゲッティンゲン大学のHulsmann教授と共同研究を行い、グリア細胞がEGFP蛍光で同定されるトランスジェニックマウスを用いて、呼吸活動と同期して活動するグリア細胞の詳細な解析を行ってきた。今年度は、光遺伝学的手法を用いて、特定の呼吸フェーズにグリシン作動性抑制性ニューロンを活性化／不活性化させた場合、呼吸リズムをどのように変えるかを検討し、数学モデルで結果を再現できるかどうかの検討を行った。
　2016年度の業績としては、呼吸ニューロンネットワーク内の神経結合トポロジーをニューロン活動の同期性に基づいて最適化させた場合、どのようなネットワークトポロジーになるかを検討し、報告した（Plos One, 2016）。

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）

1. Lal A, Oku Y, Someya H, Miwakeichi F, Tamura Y. Emergent network topology within the respiratory rhythm-generating kernel evolved in silico. PLoS One. 11(5):e0154049. doi: 10.1371/journal.pone.0154049. eCollection 2016.

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。

研究集会1　低濃度カリウム灌流液に対するニューロンとアストロサイトの応答性の違い　2016年10月21日　統計数理研究所セミナー室6 （A508）5名参加

研究参加者一覧
氏名	所属機関
石黒 真木夫	統計数理研究所
岡田 泰昌	独立行政法人国立病院機構村山医療センター
尾家 慶彦	兵庫医科大学
ガルカ アンドレアス	University of Kiel, Germany
染谷 博司	東海大学
武田 湖太郎	藤田保健衛生大学
田村 義保	統計数理研究所
三分一 史和	統計数理研究所
ラル アミット	Beijing University