蛍光生体イメージ / 研究課題（喜多村和郎）

生体内で単一シナプス活動を可視化する技術の開発と最適化

研究代表者（所属）：喜多村和郎（東京大学大学院医学系研究科神経生理学・准教授）

研究内容

　単一ニューロンにおける情報統合メカニズムについて、脳スライス標本を用いた研究から、個々のニューロンが、複雑な非線形演算を行う高度な演算素子としての性質を持つことが明らかとなっている。しかしながら、このような性質が生理的にどのような意義があるかについては、極めて限定的な知見しかない。これは、生理的に意味のあるシグナル（例えば、感覚情報）が、脳内でどのような時空間分布をもってニューロンに入力しているかを調べる方法がなかったためである。
　本研究では、脳内の数百〜数千のシナプスにおける活動を、単一シナプスの分解能で、3次元的に高速で観察するために最適化された2光子顕微鏡システムを開発する。また、新しく開発した顕微鏡で得られる4次元データの画像解析を行う方法ならびに膨大な時系列データから生理情報を抽出するための解析方法を確立する。また、これらの方法は神経科学に限らず幅広い分野において極めて有用であると考えられるため、汎用性のあるハードウェアとユーザーインターフェイスを構築する。さらに、開発した方法を用いて、マウス個体脳内において、単一ニューロンのシナプス活動を３次元的に同時に捉え、感覚シナプス入力の統合メカニズムを明らかにする。

代表的論文3編

Locally synchronized synaptic inputs.
Takahashi, N., Kitamura, K., Matsuo, N., Mayford, M., Kano, M., Matsuki, N. and Ikegaya, Y.
Science, 335, 353-356, (2012)

Targeted single-cell electroporation of mammalian neurons in vivo.
Judkewitz, B., Rizzi, M., Kitamura, K. and Häusser, M.
Nature Protocols, 4, 862-869, (2009)

Targeted patch-clamp recordings and single-cell electroporation of unlabeled neurons in vivo.
Kitamura, K., Judkewitz, B., Kano, M., Denk, W. and Häusser, M.
Nature Methods, 5, 61-67, (2008)