研究組織・メンバー

A03:多層的脳情報動態データベースの作成と病態シミュレーションへの展開

研究代表者
松井鉄平
岡山大学学術研究院・生物計算研究室・准教授
WEBhttps://www.okayama-u.ac.jp/user/biology/

紹介文本文

脳の大域的な情報動態を理解することは神経科学の重要課題の一つです。たとえば精神疾患は、遺伝子/分子レベルの異常が大脳ネットワークの異常に繋がり、最終的な行動異常を起こす多階層的で複雑な現象です。近年、脳の大域的な情報動態を理解するために、大脳ネットワークの計算モデルを作るという構成的なアプローチが始まっています。このような全脳シミュレーションを行う際、単に大脳の解剖学的な結合を再現するだけではモデルの拘束条件として不十分であり、現実的な脳活動を示すものから非現実的なものまで様々なモデルが出てきてしまうことが分かってきています。この問題を解決するには、非常に多数の自由度を持つ大脳のモデルに対して、実際の脳活動を再現するようにモデルのパラメーター空間を制限することが重要です。このための脳活動のデータは、理想的には単一神経細胞、大規模回路にいたる全ての階層のデータが単一のモデル動物で得られていることが望まれます。これまでの2年間では、神経細胞集団の活動とそこから生じる脳血流を同時に記録する手法 (Matsui et al., 2016; 2018)により、精神疾患モデルマウスでの大規模回路レベルの脳情報動態を調べてきました。また、新規赤色蛍光プローブにより、神経細胞に加えてグリア細胞の活動を単一細胞レベルで同時記録する手法の開発にも成功しています（Sonoda et al., 2019）。後半の2年間では、これら前半に得られた成果を踏まえ、グリア細胞を含めた包括的な脳情報動態データベースの構築と、それを基にしたリアリスティックかつヒトへもトランスレータブルな大脳ネットワークモデルの作成を目指します。

文献

Nishiyama M, Matsui T, Murakami T, Hagihara K, Ohki K (2019)
Cell-Type Specific Thalamocortical Inputs Constrain Direction Map Formation in the Visual Cortex.
Cell Reports 26(5): 1082-1088 e3.
Sonoda K, Matsui T, Bito H, Ohki K (2018)
Astrocytes in the mouse visual cortex reliably respond to visual stimulation.
Biochemical and biophysical research communications 505(4): 1216-1222.
Matsui T, Murakami T, Ohki K (2018)
Neuronal basis of the temoral dynamics of spontaneous BOLD activity correlation.
Cerebral Cortex 29(4): 1496-1508.
Matsui T, Murakami T, Ohki K (2016)
Transient neuronal coactivations embedded in globally propagating waves underlie resting-state functional connectivity.
Proceedings of the National Academy of Sciences 113(23): 6556-6561.