覚醒状態の固定されたマウス脳における神経形態動態の超解像イメージングの新展開：動的観測の実現 背景説明 神経科学研究の分野において、神経細胞の形態変化およびその機能的動態は、脳の情報処理やネットワーク可塑性を理解する鍵となる課題です。しかし、樹状突起スパイン（dendritic spines）、軸索終末（axonal boutons）、およびそれらを結ぶシナプス構造が動物の学習や行動適応に重要な役割を果たしているものの、これらの構造を生体内で動的に観察するのは依然として大きな挑戦となっています。従来の顕微鏡イメージング手法は解像度および撮影速度に制限があるため、神経細胞の微細構造に関する多くの研究が固定された組織や培養細胞のレベルにとどまっており、可塑的変化が自然な行動や生理状態とどのように...

人間の脳成熟における遺伝子発現のダイナミクス研究：新たな時系列脳細胞アトラス 学術的背景 人間の脳の発達と成熟は神経科学で重要な研究分野ですが、依然として多くの未解明な謎が残されています。発達中の人間の脳は、生後、遺伝子発現の動的な変化に導かれながら長期にわたる複雑な成熟のプロセスを経ます。以前、体塊組織（bulk tissue）に基づく大規模なトランスクリプトーム研究で、胎児後期から幼児初期への移行期、さらには小児期と青年期の脳構造や機能における劇的な変化に伴う顕著な遺伝子発現変化が明らかにされました。しかし、これらの研究の限界は、細胞タイプごとの遺伝子発現の動態を特定できなかった点にあります。そのため、異なる細胞タイプが小児期から成人期にわたる脳の成熟過程でどのように遺伝子発現が変化する...

自然行動における多モーダル神経記録及び操作のためのオープンプラットフォーム「ONIX」 研究背景と意義 近年、神経科学分野において、大規模神経集団の記録技術と動物行動の研究において大きな進展が見られました。しかし、これら2つの要求の間には常に矛盾が存在しています。高品質な神経データを得るため、頭部を固定した実験法が多く採用されてきましたが、これは動物の自然な行動を制限しています。しかし、多くの研究により、自然行動における神経活動は固定実験での行動とは顕著に異なることが示されています。例えば、運動行動が主に感覚処理に用いられると考えられていた脳の領域の活動に影響を与えること、さらに固定状態と自由行動状態では学習戦略にも明確な違いがあることが分かっています。これらの発見は、社会的相互作用、学習、...

持続的なレボドパモニタリングのための工学的直接電子移動酵素の開発 背景紹介 パーキンソン病（Parkinson’s Disease, PD）は、黒質のドーパミン作動性ニューロンの喪失と、神経細胞内でα-シヌクレインが凝集したレビー小体が広く分布することを特徴とする、世界中で数百万人に影響を与える慢性的な神経変性疾患です。レボドパ（levodopa）はPD治療における主要な薬剤であり、運動症状を緩和する効果がありますが、その治療ウィンドウが非常に狭いため、不適切な投与は吐き気や運動障害、または症状再発といった深刻な副作用につながる可能性があります。この問題は、リアルタイムでのレボドパモニタリングの必要性を一層高める要因となっています。しかし、現在の技術では、レボドパを高感度かつ高特異的に検出す...

ヒト脳内のGABAA受容体構造の解明：画期的な研究 学術的背景 GABAA受容体（γ-アミノ酪酸A型受容体）は、脳内で最も重要な抑制性神経伝達物質受容体の一つであり、ニューロンの高速な抑制性シグナル伝達を調節しています。これらの受容体は、てんかん、不安、うつ病、不眠症などの疾患の治療における重要な薬物ターゲットであるだけでなく、麻酔薬の作用機序の研究にも広く利用されています。GABAA受容体は19種類の異なるサブユニットから構成され、五量体のリガンド作動性イオンチャネルを形成します。これまでの研究では、組換え発現やマウスモデルを用いてGABAA受容体の構造と機能の一部が明らかにされてきましたが、ヒト脳内の天然GABAA受容体のサブユニット組成と三次元構造は依然として不明でした。特に、ヒト脳内...

ドーパミンによる雄マウスの攻撃行動の経験依存的な調節メカニズム研究 学術的背景 攻撃行動は動物界において普遍的に見られる社会的行動であり、縄張りの防衛、資源の競争、配偶者の保護に不可欠です。ドーパミンが攻撃行動の調節に重要な役割を果たすことは広く研究されていますが、その具体的な神経メカニズムは未だ明確ではありません。これまでの研究では、ドーパミン受容体拮抗剤が人間の攻撃行動を抑制するために使用される一方、ドーパミンレベルの上昇（アンフェタミンなどの薬物による）は攻撃性を増加させる可能性があるとされています。しかし、これらの効果は変動が大きく、ドーパミンが攻撃行動において果たす具体的な役割は完全には解明されていません。そこで、本研究は、ドーパミンが雄マウスの攻撃行動において経験依存的に調節され...