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神経生理学
- Department of Physiology

基本情報

学域名 分子生体医学講座  神経生理学
(英語表記)Department of Physiology
代表者 顔写真
教授

水関 健司
- Kenji Mizuseki
場所 学舎 15階
連絡先 TEL:06-6645-3715
MAIL:mizuseki.kenji@med.osaka-cu.ac.jp
ホームページ http://www.med.osaka-cu.ac.jp/physiology2/ link
概要 2015年4月に新しい教授が着任した神経生理学の研究室です。電気生理学・光遺伝学・分子生物学的手法を用いて、齧歯類をモデル動物として、記憶のメカニズムを研究しています。
脳の情報処理は、巨大なネットワークの中でさまざまな解剖学的・時間的スケールにまたがる神経活動によって営まれています。局所回路を構成する様々な種類の個々の細胞が相互作用し、各脳領域が協調して働き、さらに神経修飾系が時々刻々と脳状態を制御することによって、脳全体として巧妙に機能しています。
 私達は、記憶等の認知機能のメカニズムをネットワークレベルで解明したいと考えています。そのために、行動中のマウスやラットの海馬とその関連領域からシリコンプローブ等を用いた大規模細胞外記録を行うことにより、百個程度の神経細胞の活動と フィールド電位を同時観察し、細胞間・領域間の相互作用や細胞集団の活動がどのように認知機能の基盤となるかを調べています。
 さらに、大規模細胞外記録法に光遺伝学的手法を組み合わせて回路解析を行っています。具体的には、神経細胞種・経路特異的にオプシンを発現させることにより、細胞 外記録している細胞の種類の同定を行い、さらにそれらの神経細胞の活動を人為的に操作しつつ同時に近傍のその他の細胞やネットワークの振る舞いを大規模細胞外記録法で観察することにより、認知行動中の局所回路における細胞種・経路特異的な役割を明らかにします。

教育方針

学部教育

  • 以下の講義を受け持っています。
    生理学(脳機能、血液・造血器、循環器、消化器、腎・泌尿器など)
    細胞生物学(細胞接着と情報伝達、細胞死など)

臨床教育(研修医の育成)

  • なし

研究指導

  • 齧歯類をモデル動物として、電気生理学・光遺伝学・分子生物学的手法を用いて、記憶のメカニズムを研究しています。研究室の中では個人の興味に合わせてテーマを設定し、学部学生・大学院生・博士研究員の研究指導を行っています。

研究について

記憶に重要な海馬とその関連領域を研究対象にして、脳が情報を処理・伝達・貯蓄・検索するメカニズムをネットワークレベルで理解することを目標としています。メカニズムの候補としては神経発火のタイミングと同期性、正確な神経発火の順番、オシレーションによるセルアセンブリの集団化などが想定されています。これらの候補の検証は、複数の脳領域から多くの神経細胞の神経発火を同時に高時間分解能で観察して初めて可能になります。そこで私達は行動中・睡眠中のマウスとラットを用いて、海馬・扁桃体・大脳皮質・視床・大脳基底核などから大規模細胞外記録法を用いて同時に多くの神経細胞の発火と電場電位を記録し、神経細胞・脳領域がどのように相互作用しながら記憶や認知を生み出すのかを調べています。また光遺伝学と大規模細胞外記録法を組み合わせて、様々な神経細胞種・神経調節系が記憶・知覚や脳のリズム形成にどのような役割を果たしているのかを研究しています。さらに脳の情報処理が意識・感情・ストレス・脳状態によりどのように変化するのか、睡眠中の脳活動がどのように記憶や学習の基盤となるのかを明らかにしたいと考えています。

教室を代表する業績

  • Mizuseki,K., and Buzsaki,G. (2014). Theta oscillations decrease spike synchrony in the hippocampus and entorhinal cortex. Philos. Trans. R. Soc. Lond B Biol. Sci. 369, 20120530.
  • Mizuseki,K. and Buzsaki,G. (2013). Preconfigured, skewed distribution of firing rates in the hippocampus and entorhinal cortex. Cell Rep. 4, 1010-1021.
  • Mizuseki,K., Royer,S., Diba,K., and Buzsaki,G. (2012). Activity dynamics and behavioral correlates of CA3 and CA1 hippocampal pyramidal neurons. Hippocampus 22, 1659-1680.
  • Mizuseki,K., Diba,K., Pastalkova,E., and Buzsaki,G. (2011). Hippocampal CA1 pyramidal cells form functionally distinct sublayers. Nat. Neurosci. 14, 1174-1181.
  • Mizuseki,K., Sirota,A., Pastalkova,E., and Buzsaki,G. (2009). Theta oscillations provide temporal windows for local circuit computation in the entorhinal-hippocampal loop. Neuron 64, 267-280.

主な研究内容

現在の主な研究テーマ

  • 海馬体神経回路の細胞種・経路特異的な情報処理機構
概要 多点同時記録法を用いて、記憶課題中と睡眠中のラットの海馬体の複数の領域から200個程度の神経細胞の発火と電場電位を同時記録し、神経細胞間ならびに脳領域間の相互作用・機能的結合が行動の相や経験によってどのように変化するかを調べています。また、多点同時記録法と光遺伝学を組み合わせ、細胞種特異的な介在細胞を記録・攪拌させて、海馬体の主要な介在細胞のネットワーク活動や情報コードに対する役割を明らかにしようとしています。さらに、電気生理学と光遺伝学的手法を組み合わせることで海馬台の主細胞を投射先により分類し、海馬台主細胞による投射先特異的な情報ルーティングの原理を解明することを目指しています。
  • 神経活動の可塑性と記憶におけるレム睡眠の役割
概要 私達の睡眠時間の約15%はレム睡眠ですが、レム睡眠中に夢をみること以外、レム睡眠の役割はほとんど分かっていません。私達は、レム睡眠が神経活動の可塑性や記憶をどのように調節しているかを、光遺伝学・動物行動学・電気生理学などの手法を用いて、マウスやラットをモデル動物として明らかにしようとしています。
  • 異なる記憶構造間における機能的結合の基盤となる新規オシレーションの探索と解析
概要 脳の情報処理は、脳領域間で必要な情報が効率的かつ正確にやり取りされることで成り立っています。オシレーションが領域間の情報のやり取りを制御しているという考えは以前からありますが、オシレーションによる情報の処理や伝達の制御の研究は、たとえば海馬や視覚領域など、主に同一の脳構造で行われてきました。そのため、異なる記憶構造間での情報のやり取りがオシレーションを介してどのように行われているかは依然としてよくわかっていません。私達は、異なる記憶構造間における機能的結合の基盤となる新規オシレーションを探索し、その機能を生体内で解析することで、脳の情報処理機構をより深く理解することを目標としています。
  • 光遺伝学と多点同時記録法の融合による神経修飾系の生体内での機能解析
概要 アセチルコリン・ノルアドレナリン・ヒスタミン・ドーパミン・セロトニンなどの神経修 飾系は様々な神経疾患に関わっていますが、それらがどのように神経細胞の情報コードや可塑性、ならびにオシレーションや神経活動の同期 性などのネットワークダイナミクスを生体内で制御するかはよく分かっていません。私達 は、特定の神経修飾系の神経細胞に光感受性のオプシンを発現させ、 光を使って神経修飾系の活動を操作しま す。それと同時に、多点同時記録法により海馬の神経細胞の活動を記 録し、情報コードやネットワークダイナミクスに対する神経修飾系の活動操作の影響を調べています。
  • エピソード記憶を実現する前頭前野-大脳辺縁系ループの機能構築
概要 エピソード記憶には内側前頭前野-視床-扁桃体-海馬体のループが中心的な役割を果たしていると示唆されていますが、細胞・ネットワークレベルのメカニズムは不明です。私達は多点同時記録法と光遺伝学の技術を使い、齧歯類の前頭前野-大脳辺縁系ループ内の細胞間・領域間の動的相互作用がどのようにエピソード記憶を実現するかを明らかにします。具体的には(1)多点同時記録法でループ内の複数の脳領域から電場電位と神経発火を同時記録し、細胞間・領域間の相互作用と探索行動・記憶の相関を調べます。(2)多点同時記録法と光遺伝学を組み合わせて、ループ内の細胞種・投射先特異的な神経細胞の活動を記録・攪拌し、ネットワーク活動・探索行動・記憶における役割を調べます。(3)睡眠中にループ内の活動を細胞種・投射先特異的に記録・攪拌し、睡眠中の記憶固定のメカニズムを細胞・ネットワークレベルで明らかにします。

臨床への取り組み

私達が行っている記憶メカニズムの基礎研究が、将来的には認知症・うつ病・PTSD(心的外傷後ストレス障害)などの予防やより優れた治療法の開発の基盤になることを信じて、私達は研究を進めています。
 

スタッフ

教授 水関 健司
講師 藤田 寿一、北西 卓磨

参考写真

講座一覧

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