Researcher Profile and Settings

URL

https://brainscience.doshisha.ac.jp/introduction/sys/fbcc.html

researchmap

https://researchmap.jp/masamizu

Research funding number

90608530

Research Interests

• 包括脳ネットワーク

Research Areas

• Life sciences / Neuroscience - general

Research Experience

• 同志社大学 大学院脳科学研究科, 教授, 2021/04 - Today
• Japan Science and Technology Agency, 「生命科学分野における光操作技術の開発とそれを用いた生命機能メカニズムの解明」, 領域研究員（兼任）, 2018/10 - 2022/03
• 理化学研究所 脳神経科学研究センター, 脳機能動態学連携研究チーム, 副チームリーダー, 2019/07 - 2021/03
• The University of Tokyo, Graduate School of Medicine, 講師, 2018/09 - 2019/06
• The University of Tokyo, Graduate School of Medicine, 助教, 2016/04 - 2018/08
• National Institute for Basic Biology, 光脳回路研究部門, 助教, 2014/06 - 2016/03
• National Institute for Basic Biology, 光脳回路研究部門, 研究員, 2011/04 - 2014/05
• National Institute for Basic Biology, 光脳回路研究部門, 日本学術振興会 特別研究員（PD）, 2010/09 - 2011/03
• The University of Tokyo, Graduate School of Medicine, 日本学術振興会 特別研究員（PD）, 2010/04 - 2010/08
• 国立精神・神経医療センター 神経研究所, モデル動物開発部, 日本学術振興会 特別研究員（PD）, 2008/04 - 2010/03
• Kyoto University, Graduate School of Medicine, 日本学術振興会 特別研究員（DC1）, 2005/04 - 2008/03

Published Papers

• ARViS: a bleed-free multi-site automated injection robot for accurate, fast, and dense delivery of virus to mouse and marmoset cerebral cortex.
  Shinnosuke Nomura; Shin-Ichiro Terada; Teppei Ebina; Masato Uemura; Yoshito Masamizu; Kenichi Ohki; Masanori Matsuzaki
  Nature communications, 15(1) 7633 - 7633, 10 Sep. 2024, Scientific journal
  

  DOI URL
• Dynamics of directional motor tuning in the primate premotor and primary motor cortices during sensorimotor learning.
  Teppei Ebina; Akitaka Sasagawa; Dokyeong Hong; Rieko Setsuie; Keitaro Obara; Yoshito Masamizu; Masashi Kondo; Shin-Ichiro Terada; Katsuya Ozawa; Masato Uemura; Masafumi Takaji; Akiya Watakabe; Kenta Kobayashi; Kenichi Ohki; Tetsuo Yamamori; Masanori Murayama; Masanori Matsuzaki
  Nature communications, 15(1) 7127 - 7127, 20 Aug. 2024, Scientific journal
  

  DOI URL
• Recent advances and applications of human brain models.
  Kaneyasu Nishimura; Hironobu Osaki; Kotaro Tezuka; Daisuke Nakashima; Shintaro Numata; Yoshito Masamizu
  Frontiers in neural circuits, 18 1453958 - 1453958, 2024, Scientific journal
  

  DOI URL
• Change detection in the primate auditory cortex through feedback of prediction error signals.
  Keitaro Obara; Teppei Ebina; Shin-Ichiro Terada; Takanori Uka; Misako Komatsu; Masafumi Takaji; Akiya Watakabe; Kenta Kobayashi; Yoshito Masamizu; Hiroaki Mizukami; Tetsuo Yamamori; Kiyoto Kasai; Masanori Matsuzaki
  Nature communications, 14(1) 6981 - 6981, 13 Nov. 2023, Scientific journal
  

  DOI URL
• Motor learning requires myelination to reduce asynchrony and spontaneity in neural activity.
  Daisuke Kato; Hiroaki Wake; Philip R Lee; Yoshihisa Tachibana; Riho Ono; Shouta Sugio; Yukio Tsuji; Yasuyo H Tanaka; Yasuhiro R Tanaka; Yoshito Masamizu; Riichiro Hira; Andrew J Moorhouse; Nobuaki Tamamaki; Kazuhiro Ikenaka; Noriyuki Matsukawa; R Douglas Fields; Junichi Nabekura; Masanori Matsuzaki
  Glia, 68(1) 193 - 210, Jan. 2020, Scientific journal
  

  DOI URL
• Arm movements induced by noninvasive optogenetic stimulation of the motor cortex in the common marmoset
  Teppei Ebina; Keitaro Obara; Akiya Watakabe; Yoshito Masamizu; Shin-Ichiro Terada; Ryota Matoba; Masafumi Takaji; Nobuhiko Hatanaka; Atsushi Nambu; Hiroaki Mizukami; Tetsuo Yamamori; Masanori Matsuzaki
  Proceedings of the National Academy of Sciences, Proceedings of the National Academy of Sciences, 116(45) 22844 - 22850, 05 Nov. 2019, Scientific journal
  

  DOI URL
• Two-photon imaging of neuronal activity in motor cortex of marmosets during upper-limb movement tasks
  Teppei Ebina #; Yoshito Masamizu #; Yasuhiro R. Tanaka; Akiya Watakabe; Reiko Hirakawa; Yuka Hirayama; Riichiro Hira; Shin-Ichiro Terada; Daisuke Koketsu; Kazuo Hikosaka; Hiroaki Mizukami; Atsushi Nambu; Erika Sasaki; Tetsuo Yamamori; Masanori Matsuzaki; # co-first authors
  Nature Communications, Nature Publishing Group, 9(1) 1879 , 01 Dec. 2018, Scientific journal
  

  DOI URL
• Silencing of FUS in the common marmoset (Callithrix jacchus) brain via stereotaxic injection of an adeno-associated virus encoding shRNA.
  Kuniyuki Endo; Shinsuke Ishigaki; Yoshito Masamizu; Yusuke Fujioka; Akiya Watakabe; Tetsuo Yamamori; Nobuhiko Hatanaka; Atsushi Nambu; Haruo Okado; Masahisa Katsuno; Hirohisa Watanabe; Masanori Matsuzaki; Gen Sobue
  Neuroscience research, 130 56 - 64, May 2018
  

  DOI URL
• Long-Term Two-Photon Calcium Imaging of Neuronal Populations with Subcellular Resolution in Adult Non-human Primates
  Osamu Sadakane #; Yoshito Masamizu #; Akiya Watakabe #; Shin-Ichiro Terada #; Masanari Ohtsuka; Masafumi Takaji; Hiroaki Mizukami; Keiya Ozawa; Hiroshi Kawasaki; Masanori Matsuzaki; Tetsuo Yamamori; # co-first authors
  CELL REPORTS, CELL PRESS, 13(9) 1989 - 1999, Dec. 2015, Scientific journal
  

  DOI URL
• Reward-timing-dependent bidirectional modulation of cortical microcircuits during optical single-neuron operant conditioning
  Riichiro Hira; Fuki Ohkubo; Yoshito Masamizu; Masamichi Ohkura; Junichi Nakai; Takashi Okada; Masanori Matsuzaki
  NATURE COMMUNICATIONS, NATURE PUBLISHING GROUP, 5 5551 , Nov. 2014, Scientific journal
  

  DOI URL
• Two distinct layer-specific dynamics of cortical ensembles during learning of a motor task
  Yoshito Masamizu #; Yasuhiro R. Tanaka #; Yasuyo H. Tanaka; Riichiro Hira; Fuki Ohkubo; Kazuo Kitamura; Yoshikazu Isomura; Takashi Okada; Masanori Matsuzaki; # co-first authors
  NATURE NEUROSCIENCE, NATURE PUBLISHING GROUP, 17(7) 987 - 994, Jul. 2014, Scientific journal
  

  DOI URL
• In vivo optogenetic tracing of functional corticocortical connections between motor forelimb areas
  Riichiro Hira; Fuki Ohkubo; Yasuhiro R. Tanaka; Yoshito Masamizu; George J. Augustine; Haruo Kasai; Masanori Matsuzaki
  FRONTIERS IN NEURAL CIRCUITS, FRONTIERS RESEARCH FOUNDATION, 7(Apr) 55 , Apr. 2013, Scientific journal
  

  DOI URL
• LOCAL AND RETROGRADE GENE TRANSFER INTO PRIMATE NEURONAL PATHWAYS VIA ADENO-ASSOCIATED VIRUS SEROTYPE 8 AND 9
  Y. Masamizu; T. Okada; K. Kawasaki; H. Ishibashi; S. Yuasa; S. Takeda; I. Hasegawa; K. Nakahara
  NEUROSCIENCE, PERGAMON-ELSEVIER SCIENCE LTD, 193 249 - 258, Oct. 2011, Scientific journal
  

  DOI URL
• Efficient gene transfer into neurons in monkey brain by adeno-associated virus 8
  Yoshito Masamizu; Takashi Okada; Hidetoshi Ishibashi; Shin' ichi Takeda; Shigeki Yuasa; Kiyoshi Nakahara
  NEUROREPORT, LIPPINCOTT WILLIAMS & WILKINS, 21(6) 447 - 451, Apr. 2010, Scientific journal
  

  DOI URL
• The initiation and propagation of hes7 oscillation are cooperatively regulated by fgf and notch signaling in the somite segmentation clock
  Yasutaka Niwa; Yoshito Masamizu; Tianxiao Liu; Rika Nakayama; Chu-Xia Deng; Ryoichiro Kageyama
  DEVELOPMENTAL CELL, CELL PRESS, 13(2) 298 - 304, Aug. 2007, Scientific journal
  

  DOI URL
• Oscillator mechanism of notch pathway in the segmentation clock
  Ryoichiro Kageyama; Yoshito Masamizu; Yasutaka Niwa
  DEVELOPMENTAL DYNAMICS, WILEY-LISS, 236(6) 1403 - 1409, Jun. 2007
  

  DOI URL
• Ultradian oscillators in somite segmentation and other biological events
  R. Kageyama; S. Yoshiura; Y. Masamizu; Y. Niwa
  COLD SPRING HARBOR SYMPOSIA ON QUANTITATIVE BIOLOGY, COLD SPRING HARBOR LAB PRESS, PUBLICATIONS DEPT, 72 451 - 457, 2007, International conference proceedings
  

  DOI URL
• Real-time imaging of the somite segmentation clock: Revelation of unstable oscillators in the individual presomitic mesoderm cells
  Y Masamizu; T Ohtsuka; Y Takashima; H Nagahara; Y Takenaka; K Yoshikawa; H Okamura; R Kageyama
  PROCEEDINGS OF THE NATIONAL ACADEMY OF SCIENCES OF THE UNITED STATES OF AMERICA, NATL ACAD SCIENCES, 103(5) 1313 - 1318, Jan. 2006, Scientific journal
  

  DOI URL
• Instability of Hes7 protein is crucial for the somite segmentation clock
  H Hirata; Y Bessho; H Kokubu; Y Masamizu; S Yamada; J Lewis; R Kageyama
  NATURE GENETICS, NATURE PUBLISHING GROUP, 36(7) 750 - 754, Jul. 2004, Scientific journal
  

  DOI URL
• Periodic repression by the bHLH factor Hes7 is an essential mechanism for the somite segmentation clock
  Y Bessho; H Hirata; Y Masamizu; R Kageyama
  GENES & DEVELOPMENT, COLD SPRING HARBOR LAB PRESS, PUBLICATIONS DEPT, 17(12) 1451 - 1456, Jun. 2003, Scientific journal
  

  DOI URL

MISC

• ニューロサイエンスの最新情報 運動学習は大脳皮質深層の神経細胞活動パターンに記憶される
  正水 芳人; 田中 康裕; 松崎 政紀
  Clinical Neuroscience, (株)中外医学社, 33(7) 846 - 847, Jul. 2015
• 運動学習中に大脳皮質において起こる層に特異的な神経活動の変化
  田中 康裕; 正水 芳人; 松崎 政紀
  ライフサイエンス新着論文レビュー, 2014
• 【生命現象の原理に迫るシステムズバイオロジー】 2時間周期の生物時計Hes 1の可視化と分節時計のシミュレーション
  正水 芳人; 影山 龍一郎
  実験医学, (株)羊土社, 25(11) 1663 - 1669, Jul. 2007
• A biological clock as a conductor for embryogenesis
  KAGEYAMA Ryoichiro; MASAMIZU Yoshito
  生化学, 日本生化学会, 78(6) 492 - 500, 25 Jun. 2006

Books etc

• ブレインサイエンス・レビュー 2020
  正水 芳人
  クバプロ, Mar. 2020, Contributor, 霊長類脳のin vivo 2光子カルシウムイメージング
• マーモセットラボマニュアル
  正水 芳人; 松崎 政紀
  アドスリー, 2018, Contributor, 6.2 2光子顕微鏡を用いた脳のin vivoカルシウムイメージング

Presentations

• Development in technology for the production of new neural circuits in the brain
  Yoshito Masamizu
  The 12th RIEC International Symposium on Brain Functions and Brain Computer, 28 Feb. 2024
• Technological development to construct brain's neural circuits
  Yoshito Masamizu
  2023 International Symposium on Nonlinear Theory and Its Applications (NOLTA2023), 28 Sep. 2023
• Technical development to construct novel neural circuits in the brain
  Yoshito Masamizu
  The 11th RIEC International Symposium on Brain Functions and Brain Computer, 17 Feb. 2023
• 神経回路を創出するための基盤技術開発
  正水 芳人
  第83回応用物理学会秋季学術講演会, 20 Sep. 2022
• Development of techniques to construct novel brain's neural circuits
  Yoshito Masamizu
  The 10th RIEC International Symposium on Brain Functions and Brain Computer, 18 Feb. 2022
• 光操作技術を用いた神経回路創出法の技術開発
  正水 芳人
  第82回応用物理学会秋季学術講演会, 11 Sep. 2021, Invited oral presentation
• 生体脳に神経回路を創出するための技術開発
  正水 芳人
  第44回日本神経科学大会, 28 Jul. 2021, Public symposium
• Two-photon calcium imaging in the motor cortex of non-human primates during movement task
  Yoshito Masamizu
  The 9th RIEC International Symposium on Brain Functions and Brain Computer, 05 Dec. 2020, Invited oral presentation
• 構成的アプローチによって脳の情報処理機構を解明するための基盤技術開発
  正水 芳人
  生理研研究会「行動の多様性を支える神経基盤とその動作様式の解明」, 13 Dec. 2019, Invited oral presentation
• Two-photon calcium imaging in the motor cortex of common marmosets during upper-limb movement tasks
  正水 芳人
  第41回日本神経科学大会, 28 Jul. 2018, Public symposium
• 2光子カルシウムイメージング法による運動学習中の大脳皮質運動野第2/3層および第5a層での神経活動の観察
  正水 芳人
  第六回 光塾, 07 Sep. 2014, Invited oral presentation
• 運動学習中に大脳皮質の一次運動野でおきる層特異的な神経活動変化について
  正水 芳人; 田中 康裕
  生理学研究所セミナー, 06 Jul. 2014, Invited oral presentation

Research Projects

• モデル動物脳における運動制御の損傷耐性と修復特性
  正水 芳人; 尾崎 弘展; 西村 周泰
  日本学術振興会, 科学研究費助成事業, 2024/04 -2029/03, 学術変革領域研究(A), 同志社大学
• Multicellular Neurobiocomputing (Administrative Group)
  山本 英明; 香取 勇一; 松井 鉄平; 谷井 孝至; 平野 愛弓; 正水 芳人; 神谷 温之; 河野 崇; 平田 豊
  Japan Society for the Promotion of Science, Grants-in-Aid for Scientific Research, 2024/04 -2029/03, Grant-in-Aid for Transformative Research Areas (A), Tohoku University
• Undesrtanding and manipulation of the cortical synapse population
  坂場 武史; 坂本 寛和; 正水 芳人
  Japan Society for the Promotion of Science, Grants-in-Aid for Scientific Research, 2024/06 -2028/03, Grant-in-Aid for Challenging Research (Pioneering), Doshisha University
• 脳移植した神経ファイバーに磁気刺激による可塑性誘導で特定機能を付与させる系の確立
  正水 芳人
  日本学術振興会, 科学研究費助成事業, 2024/06 -2027/03, 挑戦的研究(萌芽), 同志社大学
• 神経回路創出により解明する高度な運動学習の神経基盤
  正水 芳人; 尾崎 弘展; 西村 周泰
  本研究の目的は、ドーパミンによる可塑性誘導機構を利用することによって運動学習を促進することができるかどうかを明らかにすることである。この研究目的を達成するために本年度は、げっ歯類・マウス胎仔のどの日齢、どの領域からサンプリングすることによって、より多くのドーパミン作動性神経細胞が含まれた神経細胞塊を作製することができるかどうかを検討した。具体的には、初代培養を行い作製した神経細胞塊をパラホルムアルデヒド固定後、チロシン水酸化酵素で免疫染色を行うことによって検討した。次に作製したドーパミン作動性神経細胞塊にチャネルロドプシンを発現させ、光刺激を行った際にドーパミンが放出されるかどうかを確認するための系の立ち上げをおこなった。具体的には、蛍光ドーパミンセンサー（ドーパミンが結合すると立体構造が変化し励起光によって緑色の蛍光を発するようになる）を発現させた大脳皮質由来の神経細胞に様々な濃度のドーパミン塩酸塩を投与し、どの程度、蛍光輝度が上昇するかどうかを顕微鏡下で観察した。さらにドーパミン作動性神経細胞塊を脳に移植する系を確立した。今後、チャネルロドプシンを遺伝子導入したドーパミン作動性神経細胞塊を大脳皮質へ移植し光刺激を行うことによって、ドーパミン作動性神経細胞塊からドーパミンが放出されるかどうかを確認する。具体的には、大脳皮質に蛍光ドーパミンセンサーを発現させ、高速で広視野のin vivoイメージングが可能なマクロズーム・多点走査型共焦点顕微鏡を用いて確認する予定である。, 日本学術振興会, 科学研究費助成事業, 2022/04 -2026/03, 基盤研究(B), 同志社大学
• 神経回路創出による脳機能の回復
  日本医療研究開発機構, 領域横断的かつ萌芽的脳研究プロジェクト, 2022/06 -2025/03, Principal investigator
• Multicellular Information Representation in the Animal Brains
  正水 芳人; 神谷 温之
  脳をバイオコンピューティングシステムとして扱った場合の特徴は、その損傷耐性と自己組織性にある。本研究ではモデル動物(げっ歯類)を対象とし、大脳皮質・運動野損傷モデルの実験系を用いる。具体的には、損傷前後と運動機能回復過程における運動課題実行時、大脳皮質での神経活動変化を、in vivo カルシウムイメージングを用いて計測する。神経細胞が興奮する際には、細胞内のカルシウムイオン濃度が上昇するため、蛍光カルシウムセンサーを神経細胞に遺伝子発現させることによって、神経活動の可視化ができる。In vivoカルシウムイメージングの特徴は、単一細胞レベルで多細胞の神経活動の計測、長期間・同一神経細胞の細胞体での神経活動の計測、樹状突起および軸索での神経活動の計測が可能な点である。本年度はローズベンガル色素を用いて脳梗塞モデルを作製し、自己修復可能な条件を検討した。具体的にはローズベンガル色素を腹腔内投与し、大脳皮質・運動野に緑色の光を照射した。ローズベンガル色素に緑色の光が照射されると血中の溶存酸素から活性酸素が発生し、血管内皮細胞に障害が生じ、血小板が凝集する。このことにより、血栓が形成され、脳梗塞を作製することが可能となる。本年度はレバー引き運動学習後に大脳皮質・運動野に脳梗塞を作製、その後、再度、レバー引き運動課題を実施し、運動機能が低下するか、自己修復によって運動機能が回復するかどうかを検討した。今後、in vivo カルシウムイメージングを用いて、自己修復過程の神経基盤解明を目指す。, Japan Society for the Promotion of Science, Grants-in-Aid for Scientific Research, 2021/08 -2024/03, Grant-in-Aid for Transformative Research Areas (B), Doshisha University
• Multicellular Neurobiocomputing (Administrative Group)
  山本 英明; 香取 勇一; 松井 鉄平; 正水 芳人
  第83回応用物理学会秋季学術講演会（2022年9月）にてテクニカルシンポジウム「次世代ICTと未来医療を支える神経科学・神経工学・脳型コンピューティング」を企画し，計画班代表者全員がこれまでの研究成果を対外的に発信した．同時に，領域代表から本領域の取り組みについても紹介した．2022年9月には，第3回領域会議をはこだて未来大学とZoomのハイブリッド形式で開催し，各計画班の最新の成果を領域内で共有すると共に，新たな共同研究の可能性について議論した．さらに，2023年2月に第2回領域国際シンポジウムThe 2nd Symposium on Multicellular Biocomputingを国際会議11th RIEC International Symposium on Brain Functions and Brain Computerの特別セッションとして実施した．神経生物学，バイオコンピューティング，神経工学分野における国内外のトップ研究者4名による招待講演に加えて，領域メンバーも成果を報告した．メンバーの所属研究室の大学院生による発表を中心とするポスターセッションも開催した．これは，大学院生が異分野の研究者や海外の研究者と交流する場にもなった．領域立ち上げ当初から続いたコロナ禍もようやく収束に向かいつつある中で，今回のシンポジウムは対面を中心とするハイブリッド形式で開催し，日本，アメリカ，オーストラリア，スペイン，スウェーデン，イタリアから計104名の方に参加いただくことができた．, Japan Society for the Promotion of Science, Grants-in-Aid for Scientific Research, 2021/08 -2024/03, Grant-in-Aid for Transformative Research Areas (B), Tohoku University
• 霊長類脳の２光子カルシウムイメージングにより解明する社会行動の神経基盤
  正水 芳人
  日本学術振興会, 科学研究費助成事業 新学術領域研究(研究領域提案型), 2020/04 -2022/03, 新学術領域研究(研究領域提案型), 国立研究開発法人理化学研究所
• 超適応によって脳機能を回復させるための先進的基盤技術開発
  正水 芳人
  Japan Society for the Promotion of Science, Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area), 2020/04 -2022/03, Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area), Institute of Physical and Chemical Research
• 光操作技術を用いた神経回路創出法の確立
  正水 芳人
  科学技術振興機構, さきがけ, 2018/10 -2022/03, Principal investigator, Competitive research funding
• 投射経路特異的遺伝子発現法により解明する運動学習の神経基盤
  正水 芳人
  大脳新皮質は、哺乳類のみに存在する大脳の表面を覆う領域で、多くの認知機能に関わる。６層構造の大脳新皮質は、様々な脳領域とネットワークを形成し情報処理をおこなう。これまでの研究で、大脳新皮質・運動野での in vivo 2光子カルシウムイメージングにより、運動野第5層の神経細胞が、学習による運動記憶を神経活動パターンとしてコードすることを明らかにした。本研究の目的は、アデノ随伴ウイルスの様々な特性を利用した経路特異的遺伝子発現法を開発・利用することによって、従来の方法よりも限定した神経細胞の活動を計測することを目指すことである。これまでの研究で、アデノ随伴ウイルスのセロタイプ９（AAV9）が逆行性に感染することを、げっ歯類と霊長類で解明した。さらにげっ歯類と霊長類の両方で、個体脳 in vivo２光子カルシウムイメージング法によって、神経細胞の活動を観察する系を既に立ち上げている。本研究では、まずはアデノ随伴ウイルスの様々な特性を利用した経路特異的遺伝子発現法を開発し、げっ歯類のマウスおよび小型霊長類のコモンマーセットで検討する。次に、本研究で開発する経路特異的遺伝子発現法を用いて、従来の方法よりも限定した神経細胞の活動を計測することによって、運動学習の神経基盤の解明を目指す。2018年度は、マウスおよびマーモセットの脳に、様々なタイプのアデノ随伴ウイルスをインジェクションすることによって、経路特異的遺伝子発現が可能かどうかの確認をおこなった。, 日本学術振興会, 科学研究費助成事業 挑戦的研究(萌芽), 2018/06 -2021/03, 挑戦的研究(萌芽), 東京大学
• 霊長類脳の２光子カルシウムイメージングで解明する運動学習の記憶機構
  正水 芳人
  大脳新皮質は、哺乳類のみに存在する大脳の表面を覆う領域で、多くの認知機能に関わる。６層構造からなる大脳新皮質は、各層の神経細胞が異なる入出力を持ち、学習・記憶が関与する認知課題をおこなう際には、様々な脳領域とネットワークを形成し、情報処理をおこなう。これまでの研究で、報酬をともなう運動学習の記憶過程における、げっ歯類のマウス大脳新皮質の神経基盤を、in vivo ２光子カルシウムイメージングで明らかにした。本研究では、小型霊長類のコモンマーモセットを対象として、運動学習の神経基盤の解明を目指す。2018年度は、霊長類マーモセットの大脳新皮質で、運動課題中の多細胞活動を in vivo ２光子光子カルシウムイメージングで長期間・同時計測することに成功し、論文報告した。具体的には、まずは、マーモセットのための手で道具を操作する運動課題用装置と新規の訓練方法を開発し、マーモセットが手を使ってうまく運動課題を習得できる事を実証した。次に、in vivo ２光子カルシウムイメージングで、運動課題中の多くの脳神経細胞の活動を、長期間・同時計測することに成功した。このように運動課題中のマーモセットで in vivo ２子カルシウムイメージングによる神経活動の計測が可能なったことで、今後、霊長類脳における様々な認知・行動に関わる神経細胞の活動やその空間分布を１細胞レベルで解析することができるようになることを示唆している。, 日本学術振興会, 科学研究費助成事業 若手研究(A), 2017/04 -2021/03, 若手研究(A)
• 音声コミュニケーションをともなう向社会行動の神経基盤の解明
  正水 芳人
  本研究の目的は、小型霊長類のコモンマーモセットを用いて、音声コミュニケーションをともなう向社会行動の神経基盤を解明することである。神経基盤に関しては、in vivo２光子カルシウムイメージングの系を用いて明らかにする。このためには、頭部固定状態、課題実行時に in vivo ２光子カルシウムイメージングをおこなう系を確立する必要がある。2018年度は、この実験系を確立し、論文報告した。具体的には、霊長類マーモセットを数ヵ月訓練すると、課題装置のコントローラーを操作して、画面上のカーソルを特定の位置に移動させることができるようになった（1方向/2方向到達運動課題）。次に、マーモセット大脳新皮質の運動野で神経細胞に蛍光カルシウムセンサーGCaMP6fを発現させた。このマーモセットが運動している時に2光子カルシウムイメージング法をおこなうことで、到達運動に関連する神経活動を検出する事に成功した。2方向到達運動課題では同じ神経細胞集団を12日間にわたって観察し、ある神経細胞がこの期間を通してある特定の位置へカーソルを移動させる時にのみ活動することを示した。この結果は、マーモセットに2択課題をおこなわせることが可能なことを示唆している。さらに、神経軸索や樹状突起など、細胞体よりも微小な構造の活動を課題実行時にイメージングし、行動に関連した活動を検出する事にも成功した。この結果は、様々な脳領域間での入出力のやりとりを、霊長類でも明らかにすることが可能となることを示唆している。, 日本学術振興会, 科学研究費助成事業 新学術領域研究(研究領域提案型), 2018/04 -2020/03, 新学術領域研究(研究領域提案型), 東京大学
• 霊長類脳の２光子イメージングで解明する学習記憶過程における神経活動の経時的変化
  正水 芳人
  成茂神経科学研究助成基金, 研究助成金, 2019/07 -2020/03, Principal investigator, Competitive research funding
• 発達段階における自己制御の神経基盤の解明
  正水 芳人
  ブレインサイエンス財団, 研究助成金, 2018/04 -2019/04, Principal investigator, Competitive research funding
• 霊長類脳の２光子カルシウムイメージングにより解明する向社会行動の神経基盤
  正水 芳人
  向社会行動は、外的な報酬を求めずに、自分が労力を費やし、他者に利益を与える行動である。これまで、向社会行動をとる個体は、ヒトやチンパンジーだけであると考えられてきた。しかし最近、社会性があり家族全員で子育てをおこなうことが知られている小型霊長類のコモン・マーモセットも、レバーを引いても自分は報酬を得られないが、他者に報酬を与えることができるという向社会行動課題をおこなうことが明らかにされた。本研究では、コモン・マーモセットが向社会行動をおこなっている際の大脳新皮質での神経活動を解明することを目指す。本申請者は、これまでの研究で2光子励起顕微鏡下、麻酔下、単一細胞レベルで多細胞の神経活動を長期間リアルタイムに観察する系を確立した。これらの系を用いて、課題実行時にin vivo 2光子カルシウムイメージングをおこなうためには、2光子励起顕微鏡下、頭部と胴体を固定した状態で、課題をおこなわせる必要がある。2光子励起顕微鏡下でイメージングをおこなうためには、マーモセットの頭部と胴体を固定した状態で向社会行動課題をおこなわせる必要がある。従来のアクリル板による固定方法では、マーモセットがストレスを感じて行動課題をおこなわない。このため本申請者は、これまで用いられていた頭部と胴体を固定する装置の胴体部分を改良し、ストレスを低減させるためにジャケットを着させて胴体を拘束する方法に変更した。これにより、頭部と胴体を固定した状態のマーモセットに、手を使ってレバーを引くと液体報酬を得ることができる「レバー引き報酬課題」をおこなわせることに成功した。さらに、課題実行時にin vivo 2光子カルシウムイメージングをおこなうことにも成功した。また、レバーを引くことによって、他者に報酬を与えることができる「レバー引き向社会行動課題」を構築し、マーモセットが利他行動をとることを明らかにした。, 日本学術振興会, 科学研究費助成事業 新学術領域研究(研究領域提案型), 2016/06 -2018/03, 新学術領域研究(研究領域提案型), 東京大学
• 神経回路創出による脳機能の拡張
  正水 芳人
  中島記念国際交流財団, 研究助成金, 2017/05 -2018/03, Principal investigator, Competitive research funding
• ２光子イメージングで解明する運動学習過程における神経活動とスパイン形態
  正水 芳人
  一般財団法人東京医学会, 研究助成金, 2016/08 -2017/12, Principal investigator, Competitive research funding
• Revelation of the induction mechanism of plasticity during motor learning with the two-photon imaging and optical manipulation
  MASAMIZU Yoshito
  First, fluorescence calcium sensor was expressed in only corticostriatal neurons or corticospinal neurons of mouse primary motor cortex by the retrograde gene transfer of adeno-associated virus. Next, I performed two-photon calcium imaging during a self-initiated lever-pull task for two weeks. These imaging data revealed that, during motor learning, the population which increased firing rate in corticostriatal neurons was different from that in corticospinal neurons., Japan Society for the Promotion of Science, Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Young Scientists (B), 2014/04 -2017/03, Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• Revelation of linkage between the change of cortical neural activity and the induction mechanism of plasticity during motor learning with the newest optical methods
  MASAMIZU Yoshito
  I performed two-photon calcium imaging in L2/3 and L5 of the mouse primary motor cortex during a few weeks of a self-initiated lever-pull task, identifying L2/3 and L5 based on the cortical depth of the imaging plane. During motor learning, increasing firing rate of neurons was frequently observed in L5 than L2/3, Japan Society for the Promotion of Science, Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Research Activity start-up, 2011 -2012, Grant-in-Aid for Research Activity start-up, National Institute for Basic Biology
• サルにおけるfMRIと微小電極記録を併用した大脳領域間の同期的神経活動の解析
  正水 芳人
  default-mode networkは、注意の集中を要するいくつかの認知課題を行う際、共通して活動が弱まる脳領域ネットワークとして発見された。逆に言えば、default-mode networkは、認知課題を行わない定常状態において常に脳活動を維持しているネットワークであり、主として内側前頭回・後帯状回皮質・海馬などから構成されている。このようなネットワークレベルでの脳活動の解析のためには、サルを被験体として、fMRIと神経活動を操作する光遺伝学の技術を組み合わせた実験を行うごとが、有効な研究戦略となる。平成21年度、霊長類のニホンザルおよびコモンマーモセットにおけるfMRI実験によって、ヒトのdefault-mode networkと相同と考えられる脳領域間の同期的神経活動変化を観察した。この意義を解明するためには、脳領域の一部を不活化したり、活性化したりすることによって、サルの認知機能に与える影響を調べる必要がある。そのためには、光遺伝学のような神経活動を実験的に操作する技術が有効である。この技術を利用する際に、霊長類の脳にクロライドポンプのハロロドプシンNpHRや陽イオンチャネルのチャネルロドプシンChR2を遺伝子導入する必要がある。このため、まずアデノ随伴ウイルスベクターを用いて、霊長類の中枢神経系に遺伝子導入する技術を確立した。具体期には、アデノ随伴ウイルス(CAG promoter-EGFP)をニホンザルおよびコモンマーモセットの大脳新皮質(1次運動野や1次視覚野)、線条体に注入し、感染効率および感染様式を確認した。さらにコモンマーモセットの1次運動野にアデノ随伴ウイルス(CAG promoter-ChR2-EYFP)を遺伝子導入した。今後、光刺激によって、運動を誘発できるかどうかを確認し、光遺伝学の技術を霊長類に用いることができるかどうかを確認する。, 日本学術振興会, 科学研究費助成事業 特別研究員奨励費, 2008 -2010, 特別研究員奨励費
• 2時間周期の分子時計Hes1の可視化および機能解析
  正水 芳人
  肋骨や椎骨などの前後軸に沿ったくり返し構造は、体節に由来する。体節は、マウスでは2時間ごとに尾側端にある未分節中胚葉(PSM)が分節化することによって形成されるが、この周期的な過程は分節時計によって制御される。我々は今までに抑制性のbHLH型転写因子Hesなどのオシレーション分子が2時間周期で増減を繰り返すことにより、分節時計の中心的な役割を担うことを明らかにしてきた。 Hes1 mRNAおよびタンパクの発現は血清刺激により、PSM以外にも線維芽細胞・筋芽細胞・神経芽細胞などの様々な培養細胞でオシレーションしていることから、Hes1の発現のオシレーションが、多くの細胞に普遍的な現象であると考えられる。またHes1は発生過程の神経系・血球系などで発現し分化および細胞増殖を調節している。これらの知見から、体節以外の組織でもHes1の発現がオシレーションし、生物時計として働くことにより発生過程を制御している可能性が考えられる。 本申請者は、2時間周期で増減を繰り返すHes1の発現を可視化するためにルシフェラーゼのN末端側にユビキチンをつないだHes1レポーターを作成した。顕微鏡を用いてリアルタイムイメージングで観察することにより、個々の細胞内での経時的なHes1の発現を明らかにした。また、細胞周期の各フェーズをリアルタイムイメージングで判断するために細胞周期フェーズマーカーを作成した。このマーカーにより個々の培養細胞内での経時的なG1・S/G2・M期への移行を確認した。次に、この細胞周期フェーズマーカーを遺伝子導入したトランスジェニックマウスを作製した。現在、作製したトランスジェニックマウスでの細胞周期フェーズマーカーの発現領域を同定し、リアルタイムで観察するための系の開発を試みている。今後、Hes1レポーターと細胞周期フェーズマーカーが遺伝子導入されたトランスジェニックマウスを用いることによりHes1オシレーションと細胞周期の関係を明らかにする。, 日本学術振興会, 科学研究費助成事業 特別研究員奨励費, 2005 -2007, 特別研究員奨励費, 京都大学