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Articles by Kenji Mizuseki in JoVE
JoVE Neuroscience
動作げっ歯類の可動シリコンプローブによるニューロンの大規模なレコーディング
1Center for Molecular and Behavioral Neuroscience, University of New Jersey, 2Center for Interdisciplinary Research in Biology, Collège de France, 3Janelia Farm Research Campus, Howards Hughes Medical Institute, 4Deptartment of Psychology, University of Wisconsin at Milwaukee
我々は、大規模な複数の単一ユニットの記録とシリコンプローブとげっ歯類を動作中のローカルフィールドポテンシャルの方法について説明します。ドライブ製造、ドライブとプローブ注入プロセスへのプローブの添付ファイルが簡単に複製するのに十分詳細に示されています。
Other articles by Kenji Mizuseki on PubMed
ドーパミン作動性ニューロンと色素上皮細胞由来誘導活性の間質による霊長類 ES 細胞からの世代。
私たち以前は間質細胞由来誘導中脳チロシン水酸化酵素正 （マウス胚性幹細胞から、TH(+)) ドーパミン作動性ニューロン。 など、神経細胞の分化を誘導する活性 （SDIA） 識別ここで SDIA 霊長類胚性幹細胞にも効率的な神経分化を誘導することを報告します。誘導されたニューロン TH(+) ニューロンは 35% の周波数を含む、ドーパミンのかなりの量を生成します。興味深いことよりも、胚 （約 5 週間） は TH(+) ニューロンの未分化胚細胞からの分化くらい速く in vitro （10 日） が発生します。さらに、植民地の 8 ％ Pax6 の大規模なパッチを含む (+)-網膜色素上皮。SDIA メソッドは病因、医薬品開発および網膜色素変性症やパーキンソン病などの変性疾患における移植の研究を霊長類細胞の無制限のソースを提供します。
神経堤由来のニューロンの末梢および床プレート細胞マウスと霊長類胚性幹細胞からの世代。
萌芽期の茎 (ES) 細胞由来の神経前駆細胞の能力の範囲を理解するには、我々 はマウスと霊長類 ES 細胞の in vitro の分化には背を検討している-（神経堤） と ventralmost （フロア プレート) 細胞の神経の軸。間質細胞由来誘導活性 （SDIA; PA6 間質細胞に蓄積) 腹側と背側の細胞を含む吻側の CNS ティッシュに区別するために遊走の ES 細胞を誘導します。初期の露出骨形成因子 (BMP) 4 SDIA 扱わ ES 細胞の神経分化を抑制して epidermogenesis を促進するが、共生培養 4 日目自律神経系と感覚の血統の中枢神経系細胞の分化神経堤細胞と dorsalmost した後の後期 BMP4 露出優先的による誘発高低 BMP4 濃度は、それぞれ。対照的に、音波 hedgehog (Shh) は神経の頂上の血統の分化を抑制して腹側の中枢神経系組織運動ニューロンなどを促進します。特に、Shh の高濃度は効率よく HNF3beta(+) 床プレート細胞の軸索誘導活動の分化を促進します。したがって、SDIA 扱わ ES 細胞は神経外胚葉性誘導体の応答信号をパターニングするの「フル」の背腹軸範囲に差別化の能力がある素朴な前駆体を生成します。
地域の仕様の胚性幹細胞由来神経前駆細胞の要因を Caudalizing の明確な効果。
最近発生学研究いくつかの「caudalizing の要因」中枢神経系 （CNS） の尾側の仕様で関与してください。この研究では, 神経前駆細胞から胚性幹 (ES) 細胞、間質細胞由来誘導活性 （SDIA） メソッドによって誘起に及ぼす 3 つの候補 caudalizing 要因を検討しています。レチノイン酸 (RA) の間では、Wnt と FGF シグナル、caudalization の最強レベルの RA 原因: 前脳分化の抑制と尾側の CNS 仕様の推進を誘導します。胎生マーカー Bf1 の明らかな抑制と前脳マーカー Otx2 がそれぞれ 2x10(-8) と 2x10(-7) M で発生します。Hoxb9 などの尾マーカー遺伝子の活性化は用量依存的に 2x10(-9)-2x10(-6) の範囲にわたって観察した M. 前脳遺伝子の抑制が狭いの臨界期 RA 応答文化の初期の段階。対照的に、尾の遺伝子の重要な誘導 RA への 1 日暴露によっていつでも日 3 と 8 の間誘発です。RA 治療は尾側の仕様を誘導するだけでなくまた床プレート細胞の特に腹側の中枢神経系組織の分化を抑制します。Wnt 3A ラー存在下でのみ弱い caudalizing 活動の展示品は部分的な caudalization FGF4 を誘導します。これらの調査結果は分子、投与量とタイミング ステアリング es 細胞分化 caudalizing 要因によって仙骨神経の運命にシグナリングの組み合わせの適切な選択に有用な情報を提供します。
胎生前駆体胚性幹細胞からの分化を指示しました。
我々 は無血清培養 （SFEB 文化） 仔大脳外套の前駆体を用いたマウス胚性幹 (ES) 細胞からの分化を最適化をデモンストレーションします。Wnt と節点の拮抗薬 (Dkk1 および LeftyA) と SFEB 文化の治療中、最初の 5 d ほぼ選択的神経分化 ES 細胞 (約 90%) が発生します。Dkk1 存在下で LeftyA の有無にかかわらず SFEB 仔大脳外套マーカー Bf1。 Wnt3a 治療中後期文化期間増加に発現する細胞の効率的な生成 （約 35 ％） 外套胎生人口誘導 （Pax6(+) 細胞収率 Bf1(+) 細胞の 75% まで)、Shh 基底仔大脳外套 (Nkx2.1(+) および Islet1/2(+) 細胞分化) 外套胎生分化を犠牲にして促進するのに対し。したがって、caudalizing 信号の不在では、ES 細胞の浮動小数点集約アフリカサブ地域アイデンティティ細胞パターニング信号への応答によって取得世間知らずの胎生の前駆体を生成します。
ヘパリン溶液とその固定化プラスチック文化皿で胚性幹細胞から神経細胞の誘導を用いた PA6 細胞からの神経系の誘導因子のコレクションです。
胚性幹 （ES） 細胞は自分自身を複製し、様々 な成熟細胞に分化する能力があります。最近、ドーパミン作動性ニューロンは効率的にマウス間質細胞 （PA6 細胞） を送り装置セル層に用いた ES 細胞から誘導しました。この簡単なプロシージャは将来臨床細胞移植治療パーキンソン病のための細胞のドーパミン放出を得るは非常に効率的と思われます。本研究では, PA6 細胞ヘパリンを含むリン酸緩衝食塩水で洗浄することにより神経誘発要因 (核融合研) を含む溶液を作製しました。ES 細胞は正常に 33 v/v% を補った培における NIFs ストック溶液成長し、ヘパリン濃度は文化のメディアが ES 細胞 progeny の神経分化率を増加します。さらに、NIFs 固定サーフェス ポリエチレンイミン修正サーフェス NIFs 在庫ソリューションに公開することによって調製しました。NIFs 在庫を補った培として NIFs 固定化培養皿の効果的セル成長でしたが、ES 細胞からドーパミン作動性ニューロンへの誘導効果は無料 NIFs よりずっと小さかった。核融合科学研究所ストック ソリューションには 2 つの異なるアクティビティがあります。1 つは細胞の成長を刺激してヘパリン存在しているとき、他ニューラル運命に ES 細胞の分化を誘導します。前者の要因が効果的に培養皿に固定化されたが、それらの分化誘導できない場合があります。さらに最適化が必要です。
世代 Rx の C++/cli Pax6 + 神経網膜前駆胚性幹細胞から。
マウス ES 細胞から生体外での網膜の前駆体の監督 differentiaion を報告します。Six3 + 吻側脳前駆細胞とサスペンション無血清条件 （SFEB 文化） Wnt とリンパ節の拮抗薬 (Dkk1 および LeftyA) の存在下での下での ES 細胞を培養を生成および続いて Rx + 細胞 (16%) にアクチビンおよび血清処置で区別するために導いた。初期神経網膜前駆体,、誘導 Rx + 細胞 coexpress Pax6 と有糸分裂マーカー キ67、特性に一致してがないネスチンします。ES 細胞由来前駆体は効率的にとき感光体の表現型 (ロドプシン +、recoverin +） 細胞を生成するを持つ胚網膜細胞培養します。さらに、切片培養研究では、選択的な統合と、感光体の表現型 (マーカーの発現と形態） を ES 細胞由来の細胞の生存を網膜の核外層をデモンストレーションします。一緒に取られて、SFEB/Dkk1/LeftyA/血清/アクチビンと ES 細胞の視細胞分化の能力がある神経網膜前駆体を生成します。
ビタミン B12 とヘパリンを含む血清無料メディアのマウス胚性幹細胞からニューロンのワンステップ誘導。
我々 神経細胞運命仕様マウス胚性幹細胞 （ES 細胞） から直接の簡易無血清胚様体形成の不在で現状します。解離の ES 細胞血清無料メディア補足ビタミン B12 とヘパリンが、どんな高価なサイトカインなしで培養しました。文化の 14 日後、β-チューブリン型 III (TuJ1) およびチロシン水酸化酵素 (TH)-肯定的なコロニーの免疫細胞化学的検査によって検出されました。さらに、RT-PCR による特異的遺伝子解析初期の中枢神経システム, 成熟したニューロン中脳ドーパミン作動性ニューロン特異分子の発現を実証 (すなわち、ネスチン、分子質量ニューロ フィラメント蛋白、Nurr1、および TH、それぞれ中期）。ドーパミンは逆相 HPLC 分析による文化メディアでも検出されました。これらの事実は、ビタミン B12/ヘパリン無血清培養の媒体への添加リリースのドーパミン細胞が含まれて ES 細胞から神経細胞を誘導することを示しています。プトレシン、ビオチン、および fe 2 + などの他のサプリメントは、ES 細胞から神経細胞自身によって誘発する可能性がないがビタミン B12/ヘパリンとの相乗効果を生産します。TuJ1 率 c++/cli TH + コロニー形成は 3 倍に増加したし、リリースのドーパミン量を約 1.5 倍に増加プトレシン、ビオチン、および fe 2 + の混合ビタミン B12/ヘパリン文化メディアへの添加による。私たちのメソッド ドーパミン作動性ニューロンのドーパミン放出の準備のために ES 細胞分化するシンプルなツールです細胞、細胞移植療法パーキンソン病のため。さらに、このメソッドは可溶性因子とそのニューラル運命に ES 細胞の誘導における援助できる遺伝子の発見を容易にします。
統合と新皮質の遅い振動による-内嗅野-海馬系のサブ領域での活動の分離。
脳のシステムは、複数の時間・空間スケールで神経活動の振動による通信します。麻酔下ラットの皮質「遅い」発振ニューロン前頭前野, 体性感覚、嗅と subicular 野間同期の遷移状態を対応するバイモーダル分布の膜電位の上下にはまっているを見つけます。海馬顆粒細胞と CA3 と CA1 錐体細胞の膜電位にみられるバイモーダル、欠けていた、まだ、地域固有の方法でによって遅い振動の影響を受けていた。さらに、麻酔と当然のことながら眠っているラットでは, 皮質のアップ状態歯状の活動の増加とほとんどの CA1 ニューロンと同様のリップルのイベントの可能性が最も高い結果。まだ、CA3 CA1 ネットワーク ガンマ バーストと時折波紋にダウン状態中にプロダクトバックログでした。したがって、ネオ/paleocortical および海馬ネットワークを定期的にリセット、プロダクトバックログ、一時的そのセル ・ アセンブリを介して遅い振動を調整します。
シータを介した海馬における空間情報のダイナミクス。
げっ歯類の海馬における神経活動 6-10 Hz シータ振動によって編成されています。Θ リズムに対する海馬錐体細胞の発火タイミング動物の空間位置と相関します。この相関は、明示的な時間的コードの位置を示すために示唆されています。また、海馬における空間情報の流れのダイナミクスを θ 関係の副産物として解釈される可能性があります。ここではその場所のセルを示す活動シータのさまざまなフェーズで未来または過去、2次元環境で動物の軌道に沿ってにシフトの位置が反映されます。エンコードの未来と過去のポジション間で記録された CA1 は矛盾しているフェーズ ネットワーク レベルでのコヒーレント表現を示すセル配置します。相の位置関係を維持データ ランダム化後は、もはや見られている一貫したシータ依存する時間オフセット フェーズ位置相関 (位相歳差） の結果単にありません。これらの時間のオフセット、100-300 ms の規模は、感覚入力後、オフセット活動コヒーレント脳活動情報処理の遅れに直面して維持することがあることを示唆して、モータの出力の前に海馬の活動の待ち時間に似ています。
シータ振動時空間 Windows-内嗅野 - 海馬における局所回路計算を提供します。
シータ振動を信じて嗅内皮質 (EC) における神経細胞の発火調整で重要な役割を再生する-海馬システムですが基になるメカニズムが知られていません。我々 は同時に EC 海馬のループの複数の領域のニューロンから記録し、その時空間の関係を検討しました。シータ協調同期 EC 神経集団のスパイク電流シンクのターゲット層の海馬のタイミングを予測しました。しかし、人口活動連続した解剖学的段階の間の時間遅延 (通常半分シータ ・ サイクルによって) 軸索伝導速度とフィード フォワード興奮性入力の受動的なシナプス統合から予想よりも長くされました。シータ ・ サイクルによって設定時間窓局所回路の相互作用とこうして相当程度細分 EC 海馬のループの計算の独立のために許可することを仮定します。
場所細胞の間で時間的な遅延人口海馬シータ振動の周波数を決定します。
外部のランドマークまたは内部ダイナミクスを駆動、海馬ニューロン セル ・ アセンブリのシーケンスを形成します。これらのアクティブ セルの協調焼成による著名な「シータ」振動 (LFP) 潜在的なローカル フィールドで構成されています: 場所細胞放電シータ フェーズで徐々 に以前ラットそれぞれ場所フィールド (「位相歳差」） を横切るよう。高速発振周波数活発にニューロンの遅いシータ LFP、基になる位相歳差のパラドックスを作成します。どのように速く振動ニューロンは遅い人口発振 LFP によって反映されているよう構成できますか？我々 発火フィールド サイズ (期間) とシータ内遅延の場所細胞のペアとその距離表現 (「圧縮」) との関係私たち人口活動解析的単一ニューロン発振周波数の実験的派生パラメーターから計算することができる数理モデルを構築しました。これらのパラメーターの適切な組み合わせの発振周波数とフィールド サイズを変更するため個々 のニューロンを許可しながら、海馬の海馬の軸に沿って一定周波数人口リズムを生成しました。錐体細胞のシータより速く振動固有のものし、その位相歳差によって LFP 反映人口の活動基準の一時的シフト セル アセンブリの協調活動の結果であることが示唆されました。
海馬鋭い波、波紋、および高速ガンマ振動関係： 海馬歯状の影響と嗅皮質の活動。
海馬シャープ波 (SPWs) と関連付けられて高速 （「リップル」） （SPW-Rs） における振動 CA1 領域哺乳類脳の最も同期の生理学的パターンの一つです。ラットを自由に移動すること、局所電界電位とユニットの放電を記録用に電極の二次元配列を使用して、我々 リップル振動 (140-220 Hz) の出現を学び、彼らの起源および携帯シナプス機構の高速ガンマ振動 (90-140 Hz) と比較しました。私達は (1) 海馬 SPW Rs 高速 γ 振動の定量的に明確なパターンが、同じネットワークを伴うおよび同様のメカニズムを共有ことを示す;（2） 両方の周波数と大きさの高速振動の積極的に SPWs の大きさと相関している;(波紋と高速 γ 振動 3) 中にネットワークの発振周波数はより CA1 CA3 内で高くなっています;や (4) CA3 人口の出現のバースト、SPW Rs のための前提条件がアクティビティのパターンは歯状回と嗅皮質、波紋の「最適な」歯状ガンマ電力レベルに関連付けられている可能性が高いものに偏っています。各海馬サブネットワーク興奮性ドライブの大きさによって調整された別個の共鳴特性を有していることを仮定します。
海馬 CA1 錐体細胞は機能的に異なるサブレイヤーを形成します。
海馬 CA1 錐体細胞頻繁に年会・薬理学的モデリングの研究で均一セル人口とみなされています。我々 は深いと浅 CA1 サブレイヤー ラットにおける居住する錐体細胞の堅牢な相違を発見しました。表面的な仲間と比べると、深い錐体細胞高いレートで発射されるより頻繁にバースト、フィールドを配置を持っていそうだったより強く睡眠の遅い振動によって変調されました。深い錐体細胞その最寄りの位相発射のシータのピークに急速眼球運動 （レム） 睡眠中にシフトに対し深いと浅錐体細胞は優先的シータ振動のトラフで迷路探索中に解雇。さらに、昇順フェーズ γ 振動の覚醒におけるで REM シータ位相シフト細胞の大半を解雇したが、nonshifting の細胞、トラフを好んだ。したがって、ca1 野錐体細胞に隣接するサブレイヤーの目標共同または差動、脳の状態に応じて対処できます。
クロス周波数相相振動の海馬シータとガンマのカップリングします。
神経活動の振動神経スパイクの時間分割を許可します。相互依存の発振器は、情報の複数のレイヤーを統合できます。シータとガンマの発振器のラット海馬 CA1 領域での相相カップリング迷路探査と急速眼球運動睡眠中に検討した.海馬シータ波された非対称と動物の空間的位置の推定がスパイクの波形のフェーズを識別することによって向上した位相の推定を使用する従来の方法に比べて。波形のシータ位相を使用して、3 つの異なるガンマ バンドが識別された: 遅いガンマ (S) (ガンマ (S); 30-50 Hz)、midfrequency gamma(M) (gamma(M); 50-90 Hz) および高速 gamma(F) (gamma(F); 90 150 Hz またはイプシロン バンド)。各サブバンドの振幅によってシータ位相を変調しました。さらに、信頼性の高い相相シータと両方ガンマ （S） と gamma(M) がいない gamma(F) 発振器間の結合が見つかりました。我々 はクロス周波数位相結合神経スパイクおよび全体の構造内の複数の時間スケール コントロールをサポートすることをお勧めします。
活動のダイナミクスと行動の相関 CA3 と CA1 海馬錐体細胞の。
CA3 と CA1 錐体ニューロン適切な海馬の主要なプリンシパル細胞タイプです。Ca3 錐体細胞と主並列編成 ca1 の強く再発の担保システム提案するこれらの領域が個別の計算を実行すること。ただし、発火プロパティ、ネットワークのダイナミクスと行動の相関関係の面で CA1 と CA3 錐体細胞間の包括的な比較はそのままの動物でまばらです。我々 の類似点と CA1 の違いを定量化するラットの背側海馬で大規模な録音を実行 (n 目 3,600) と CA3 (n 目 2,200） 錐体細胞睡眠と探査で複数の環境の中に。CA1 と CA3 ニューロン異なっていた大幅に発火率では, バースト性向スパイク、θ リズムとダイナミクスは脳状態依存的にスパイクの他の側面によって同調スパイクします。CA1 細胞目立つ場所フィールド表示しますが、ca3 においてニューロンのフィールドを配置をよりコンパクトにしたよりも CA3 のより小さい割合より、安定して ca1 野錐体細胞のそれらよりスパイクあたり多くの空間情報を運んだ。2 つの細胞の種類のいくつかの他の機能は、テスト環境に固有だった。以下の位相歳差とスパイク位相関係対より弱い位置 CA1 細胞よりも発音 CA3 ニューロンを示した。これら異なる活動ダイナミクス CA1 と CA3 錐体細胞の彼らの異なる計算の役割をサポートすることが示唆されました。© 2012年ワイリー定期刊行物 （株）
