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 本研究領域「適応回路センサス」では、適応脳機能を担う回路構築と回路遷移の仕組みを解明するために、先鋭的な神経回路活動の計測・操作技術と網羅的な遺伝子発現の解析技術を組み合わせることにより、構成細胞の固有特性に基づいて適応脳機能の責任回路を絞り込みます(適応回路センサス)。この適応回路センサスに基づき、責任回路の因果性を実験的に検証するとともに、理論的にも動作原理を考証することにより、さまざまな適応脳機能の仕組みを新次元の解像度で解き明かします。

 

 

 

 「適応回路センサス」の推進のために、若手・中堅研究者の最先端の実験解析技術と自由で柔軟な発想を活かした、幅広く学際的な連携協力体制を構築しました。適応脳機能の研究対象を、遺伝子発現やタイムスケールの違いからA01項目「適応機能の回路構築センサス」とB01項目「適応機能の回路遷移センサス」に二分し、両項目と緊密に連携するC01項目「適応回路センサス技術開発と理論構築」を加えて、領域内の効率的な役割分担と円滑な連携協力を狙います。A01項目の計画研究は堀江班と下郡班と藤山班の3班が担当し、B01項目の計画研究は礒村班と佐々木班と小林班の3班が担当します。C01項目は郷班が網羅的解析技術の開発・高度化を、島崎班が理論解析・構築を担当します。さらに、各項目には前期・後期にわたり多数の公募班が参画し、多様な生物種における多彩な適応脳機能に対して、学際的な研究手法を有機的に組み合わせて、「適応回路センサス」領域の研究者層を厚くする計画です。

研究班体制

適応回路センサス(研究領域)
領域代表者:礒村宜和

A01
「適応機能の回路構築センサス」

適応回路の基本設計の構築メカニズム

研究代表者

堀江 健生

助教
筑波大学
生命環境系

研究分担者

佐藤 ゆたか

准教授
京都大学
大学院理学研究科

研究分担者

尾崎 遼

准教授
筑波大学
医学医療系

細胞多様性に基づいた神経細胞の構築メカニズム

研究代表者

下郡 智美

チームリーダー
理化学研究所 
脳神経科学研究センター

研究分担者

中嶋 藍

助教
東京大学 
大学院薬学系

行動選択を担う神経投射の多様性構築メカニズム

研究代表者

藤山 文乃

教授
北海道大学 
大学院医学研究院

研究分担者

大野 伸彦

教授
自治医科大学 
医学部

B01
「適応機能の回路遷移センサス」

行動を最適化するオペラント学習回路ダイナミクス

研究代表者

礒村 宜和

教授
東京医科歯科大学
大学院医歯学総合研究科

研究分担者

佐藤 暢哉

教授
関西学院大学 
文学部

研究分担者

苅部 冬紀

助教
北海道大学 
医学研究院

記憶状態の遷移を担う神経回路ダイナミクス

研究代表者

佐々木 拓哉

教授
東北大学
大学院薬学研究科

研究分担者

船水 章大

講師
東京大学
定量生命科学研究所

環境に応答した行動変容を司る遺伝子・細胞機能ダイナミクス

研究代表者

小林 和人

教授
福島県立医科大学 
医学部

研究分担者

松下 夏樹

准教授
愛知医科大学 
医学部

研究分担者

瀬戸川 将

助教
獨協医科大学 
医学部

C01/02
「適応回路センサス技術開発と理論構築」

C01 適応回路を担う網羅的細胞種センサス技術の開発

研究代表者

郷 康広

特任准教授
自然科学研究機構 
生命創成探究センター

研究分担者

二階堂 愛

チームリーダー
理化学研究所 
生命機能科学研究センター

C02 センサスデータ駆動による適応回路の理論構築

研究代表者

島崎 秀昭

特任准教授
北海道大学 
人間知・脳・AI
研究教育センター

研究分担者

田中 琢真

准教授
滋賀大学 
データサイエンス学部

 

日本では網羅的解析技術は神経科学の分野にはまだ有効に取り入れられていないのが実状です。そこで本研究領域では、総括班に研究支援委員会(構造解析、生理解析、行動解析、遺伝子改変、数理・統計の5技術班)と遺伝子解析促進委員会(連携調整窓口、連携解析実施班)を設置し、変革領域研究(A)のスケールメリットを最大限に活かして、各研究班の研究活動の遂行と連携協力の形成を全面的に支援します。総括班は直接の研究支援に加えて、学術交流、国際活動、若手育成、社会貢献などを介したバランスの良い研究領域の発展に力を注ぎます。「適応回路センサス」の研究戦略コンセプトを実現し、幾多の貴重な研究知見を得るとともに、次世代を担う若手研究者や独自に進化した革新的技術を世に送り出すことが本研究領域の使命です。

 

総括班体制

 

総括班礒村宜和、堀江健生、下郡智美、藤山文乃、佐々木拓哉、小林和人、郷康広、島崎秀昭
研究支援委員会委員長 小林   構造解析技術班 藤山
生理解析技術班 佐々木、船水、礒村
行動解析技術班 佐藤暢
遺伝子改変技術班 小林、松下
数理・統計技術班 島崎、尾崎、田中
遺伝子解析促進委員会委員長 郷連携調整窓口 郷、堀江
連携解析実施班 郷、堀江、尾崎、二階堂
若手研究支援委員会
国際活動支援委員会
研究集会委員会
広報委員会
評価委員会(外部)
海外アドバイザー
事務局
佐々木
下郡
堀江
藤山
渡辺雅彦(北海道大学)、狩野方伸(東京大学)、佐藤矩行(OIST)(敬称略)
Nenad Sestan (Yale University)
礒村

 


 

 

In this project area, we will focus on the circuit construction and transitions responsible for adaptive brain functions. Combining advanced neuroscience techniques for measuring and manipulating neural circuit activity with cutting-edge techniques for single-cell gene expression analysis will provide detailed information about cell type–specific adaptive circuits (Adaptive Circuit Census: ACC). Based on the adaptive circuit census, we will experimentally validate the responsible circuits and theoretically establish their operating principles.

 

 

 

To further promote the ACC project area, we have established a seamless, interdisciplinary cooperative framework to exchange creative and innovative ideas as well as cutting-edge experimental and analytical techniques. The project subareas are divided into A01, "Census of adaptive circuit construction," and B01, "Census of adaptive circuit transition," based on the differences of the timescale. In addition, the project subarea C01, "Technology and theory for adaptive circuit census," interacts with A01 and B01 to facilitate targeting of adaptive circuits (Research organization chart).
The A01 project subarea is organized by the Horie, Shimogori, and Fujiyama teams; the B01 project subarea is organized by the Isomura, Sasaki, and Kobayashi teams; and the C01 project subarea is organized by the Go and Shimazaki teams. In addition, publicly invited research teams will participate in each project subarea in the first and second terms of the project area. Together with the A01, B01, and C01 teams, publicly invited research teams will provide interdisciplinary approaches to study various adaptive brain functions in different species and stimulate this novel research area.

Research Organization

ACC (project area)
Project Leader: Yoshikazu Isomura

A01
"Cell type census for adaptive circuit construction"

Construction mechanism of basic design for adaptive neuronal circuits

Team leader

Takeo Horie

Assistant Professor
Shimoda Marine Research Center, University of Tsukuba

Co-investigator

Yutaka Satou

Associate Professor
Department of Zoology, Graduate School of Science, Kyoto University

Co-investigator

Haruka Ozaki

Associate Professor
Faculty of Medicine, University of Tsukuba

Cell type census for circuit development

Team leader

Tomomi Shimogori

Team Leader
RIKEN Center for Brain Science

Co-investigator

Ai Nakashima

Assistant Professor
Graduate School of Pharmaceutical Sciences, University of Tokyo

Mechanism for building diversity of neural projections responsible for behavioral selection

Team leader

Fumino Fujiyama

Professor
Faculty of Medicine and Graduate School of Medicine, Hokkaido University

Co-investigator

Nobuhiko Ohno

Professor
Department of Anatomy, Division of Histology and Cell Biology, Jichi Medical University

B01
" Cell type census for adaptive circuit transition"

Adaptive circuit dynamics for operant learning of optimal behavior

Team leader

Yoshikazu Isomura

Professor
Graduate School of Medical and Dental Sciences, Tokyo Medical and Dental University

Co-investigator

Nobuya Sato

Professor
School of Humanities, Kwansei Gakuin University

Co-investigator

Fuyuki Karube

Assistant Professor
Graduate School of Medicine, Hokkaido University

Neuronal circuit dynamics and gene expression profiles related to memory states

Team leader

Takuya Sasaki

Professor
Graduate School of Pharmaceutical Sciences, Tohoku University

Co-investigator

Akihiro Funamizu

Lecturer
Institute for Quantitative Biosciences, The University of Tokyo

Gene and cell function dynamics underlying behavioral adaptation in response to environments

Team leader

Kazuto Kobayashi

Professor
Institutes of Biomedical Sciences
Fukushima Medical University School of Medicine

Co-investigator

Natsuki Matsushita

Associate Professor
Division of Laboratory Animal Research, Aichi Medical University School of Medicine

Co-investigator

Susumu Setogawa

Assistant Professor
Division for Memory and Cognitive Function, Dokkyo Medical University

C01/02
"Technology and theory for adaptive circuit census"

C01 Development of comprehensive cell type census technology for adaptive neuronal circuits

Team leader

Yasuhiro Go

Specially Appointed Associate Professor
Cognitive Genomics Research Group
Exploratory Research Center on Life and Living Systems (ExCELLS)
National Institutes of Natural Sciences

Co-investigator

Itoshi Nikaido

Team Leader
Laboratory for Bioinformatics Research
RIKEN Center for Biosystems Dynamics Research

C02 Theoretical approaches to adaptive neuronal circuits identified by the cell type census

Team leader

Hideaki Shimazaki

Project-specific Associate Professor
CHAIN, Hokkaido University

Co-investigator

Takuma Tanaka

Associate Professor
Graduate School of Data Science, Shiga University

 

 

A seamless neuroscience research group, such as one that combines single-cell gene analysis techniques and circuit manipulation, has not been effectively created in Japan. Therefore, we established the research support committee (histological analysis, physiological analysis, behavioral analysis, gene manipulation, and theoretical/statistical analysis support teams) and transcriptomic analysis support committee (collaboration coordination and RNA-seq analysis unit) within the executive committee of the Administrative organization (Admin organization chart).
In addition to systematic technological support, we provide a variety of support to stimulate scientific activities for ACC researchers, including academic exchanges, international moves, fostering of young researchers, and contributions to society. Overall, we aim to understand the true "Adaptive Circuit Census" by obtaining valuable research findings using innovative technologies, thus providing a seamless collaboration platform for the next generation of young researchers.

 

Admin Organization

 

Executive committeeYoshikazu Isomura, Takeo Horie, Tomomi Shimogori, Fumino Fujiyama,
Takuya Sasaki, Kazuto Kobayashi, Yasuhiro Go, Hideaki Shimazaki
Research
support committee
Kobayashi (chair)Histological analysis support unitFujiyama
Physiological analysis support unitSasaki, Funamizu, Isomura
Behavioral analysis support unitSato (n)
Gene manipulation support unitKobayashi, Matsushita
Theoretical/statistical analysis support unitShimazaki, Ozaki, Tanaka
Transcriptomic analysis
support committee
Go (chair)Collaboration coordination unitGo, Horie
RNA-seq analysis unitGo, Horie, Ozaki, Nikaido
Young researcher support committee
Global activity stimulation committee
Conference planning committee
Outreach committee
External evaluation committee
ACC office
Sasaki
Shimogori
Horie
Fujiyama
Masahiko Watanabe (Hokkaido Univ.), Masanobu Kano (Tokyo Univ.), Noriyuki Sato (OIST), Nenad Sestan (Yale Univ.)
Isomura