2024/02/02 更新

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サトウ ヒロフミ
佐藤 博文
Sato Hirofumi
所属
医学部 生化学・分子生物学(分子遺伝学) 助教
職名
助教
外部リンク

研究キーワード

  • 感覚受容、感覚情報処理、微小流路、カルシウムイメージング、トランスクリプトーム解析

研究分野

  • ライフサイエンス / 医化学  / 感覚受容、感覚情報処理、微小流路、カルシウムイメージング、トランスクリプトーム解析

学歴

  • 東京大学   大学院理学系研究科大学院博士課程   生物化学専攻

    2013年4月 - 2016年3月

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  • 東京大学   大学院理学系研究科   生物化学専攻修士課程

    2011年4月 - 2013年3月

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  • 東京大学   理学部   生物化学科

    2009年4月 - 2011年3月

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経歴

  • 日本医科大学   医学部生化学・分子生物学(分子遺伝学)教室、大学院医学研究科分子遺伝医学教室   助教

    2022年4月 - 現在

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  • 東京大学   大学院理学系研究科生物科学専攻   特任助教

    2021年6月 - 2022年3月

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  • 東京大学   大学院理学系研究科生物科学専攻   特任研究員

    2016年4月 - 2021年6月

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論文

  • WormTensor: a clustering method for time-series whole-brain activity data from C. elegans

    Koki Tsuyuzaki, Kentaro Yamamoto, Yu Toyoshima, Hirofumi Sato, Manami Kanamori, Takayuki Teramoto, Takeshi Ishihara, Yuichi Iino, Itoshi Nikaido

    BMC Bioinformatics   24 ( 1 )   2023年6月

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    掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Springer Science and Business Media LLC  

    Abstract

    Background

    In the field of neuroscience, neural modules and circuits that control biological functions have been found throughout entire neural networks. Correlations in neural activity can be used to identify such neural modules. Recent technological advances enable us to measure whole-brain neural activity with single-cell resolution in several species including $$Caenorhabditis\ elegans$$. Because current neural activity data in C. elegans contain many missing data points, it is necessary to merge results from as many animals as possible to obtain more reliable functional modules.

    Results

    In this work, we developed a new time-series clustering method, , to identify functional modules using whole-brain activity data from C. elegans. uses a distance measure, modified shape-based distance to account for the lags and the mutual inhibition of cell–cell interactions and applies the tensor decomposition algorithm multi-view clustering based on matrix integration using the higher orthogonal iteration of tensors (HOOI) algorithm (), which can estimate both the weight to account for the reliability of data from each animal and the clusters that are common across animals.

    Conclusion

    We applied the method to 24 individual C. elegans and successfully found some known functional modules. Compared with a widely used consensus clustering method to aggregate multiple clustering results, showed higher silhouette coefficients. Our simulation also showed that is robust to contamination from noisy data. is freely available as an /CRAN package https://cran.r-project.org/web/packages/WormTensor.

    DOI: 10.1186/s12859-023-05230-2

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    その他リンク: https://link.springer.com/article/10.1186/s12859-023-05230-2/fulltext.html

  • Deducing ensemble dynamics and information flow from the whole-brain imaging data

    Yu Toyoshima, Hirofumi Sato, Daiki Nagata, Manami Kanamori, Moon Sun Jang, Koyo Kuze, Suzu Oe, Takayuki Teramoto, Yuishi Iwasaki, Ryo Yoshida, Takeshi Ishihara, Yuichi Iino

    2022年11月

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    出版者・発行元:Cold Spring Harbor Laboratory  

    Abstract

    Recent development of large-scale activity imaging of neuronal ensembles provides opportunities for understanding how activity patterns are generated in the brain and how information is transmitted between neurons or neuronal ensembles. However, methodologies for extracting the component properties that generate overall dynamics are still limited. In this study, the results of time-lapse 3D imaging (4D imaging) of head neurons of the nematodeC. eleganswere analyzed by hitherto unemployed methodologies.

    By combining time-delay embedding with independent component analysis, the whole-brain activities were decomposed to a small number of component dynamics. Results from multiple samples, where different subsets of neurons were observed, were further combined by matrix factorization, revealing common dynamics from neuronal activities that are apparently divergent across sampled animals. By this analysis, we could identify components that show common relationships across different samples and those that show relationships distinct between individual samples.

    We also constructed a network model building on time-lagged prediction models of synaptic communications. This was achieved by dimension reduction of 4D imaging data using the general framework gKDR (gradient kernel dimension reduction). The model is able to decompose basal dynamics of the network. We further extended the model by incorporating probabilistic distribution, resulting in models that we call gKDR-GMM and gKDR-GP. The models capture the overall relationships of neural activities and reproduce the stochastic but coordinated dynamics in the neural network simulation. By virtual manipulation of individual neurons and synaptic contacts in this model, information flow could be estimated from whole-brain imaging results.

    DOI: 10.1101/2022.11.18.517011

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  • Different modes of stimuli delivery elicit changes in glutamate driven, experience-dependent interneuron response in C. elegans. 国際誌

    Llian Mabardi, Hirofumi Sato, Yu Toyoshima, Yuichi Iino, Hirofumi Kunitomo

    Neuroscience research   2022年10月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    Memory-related neuronal responses are often elicited by sensory stimuli that recapitulate previous experience. Despite the importance of this sensory input processing, its underlying mechanisms remain poorly understood. Caenorhabditis elegans chemotax towards salt concentrations experienced in the presence of food. The amphid sensory neurons ASE-left and ASE-right respond to increases and decreases of ambient salt concentration in opposite manners. AIA, AIB and AIY interneurons are post-synaptic to the ASE pair and are thought to be involved in the processing of salt information transmitted from ASE. However, it remains elusive how the responses of these interneurons are regulated by stimulus patterns. Here we show that AIY interneurons display an experience-dependent response to gradual salt concentration changes but not to abrupt stepwise concentration changes. Animals with AIY intact (but AIA and AIB ablated) chemotax towards low salt concentrations similarly to wild-type animals after cultivation with low salt. ASE neurons transmit salt information about the environment through glutamatergic signaling, directing the activity of the interneurons AIY that promote movement towards favorable conditions.

    DOI: 10.1016/j.neures.2022.10.004

    PubMed

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  • Molecular encoding and synaptic decoding of context during salt chemotaxis in C. elegans. 国際誌

    Shingo Hiroki, Hikari Yoshitane, Hinako Mitsui, Hirofumi Sato, Chie Umatani, Shinji Kanda, Yoshitaka Fukada, Yuichi Iino

    Nature communications   13 ( 1 )   2928 - 2928   2022年5月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    Animals navigate toward favorable locations using various environmental cues. However, the mechanism of how the goal information is encoded and decoded to generate migration toward the appropriate direction has not been clarified. Here, we describe the mechanism of migration towards a learned concentration of NaCl in Caenorhabditis elegans. In the salt-sensing neuron ASER, the difference between the experienced and currently perceived NaCl concentration is encoded as phosphorylation at Ser65 of UNC-64/Syntaxin 1 A through the protein kinase C(PKC-1) signaling pathway. The phosphorylation affects basal glutamate transmission from ASER, inducing the reversal of the postsynaptic response of reorientation-initiating neurons (i.e., from inhibitory to excitatory), guiding the animals toward the experienced concentration. This process, the decoding of the context, is achieved through the differential sensitivity of postsynaptic excitatory and inhibitory receptors. Our results reveal the mechanism of migration based on the synaptic plasticity that conceptually differs from the classical ones.

    DOI: 10.1038/s41467-022-30279-7

    PubMed

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  • Simultaneous recording of behavioral and neural responses of free-moving nematodes C. elegans. 査読 国際誌

    Hirofumi Sato, Hirofumi Kunitomo, Xianfeng Fei, Koichi Hashimoto, Yuichi Iino

    STAR protocols   2 ( 4 )   101011 - 101011   2021年12月

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    担当区分:筆頭著者, 責任著者   記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    To reveal the neural mechanisms that control animal behavior, it is necessary to link the neural responses to behavioral changes and interpret them. We have developed a protocol to simultaneously record the behavior and neural activity of freely moving C. elegans by combining a microfluidic device and a tracking stage. Here we detail the protocol for the experiment, with an example of behavioral and neural responses of nematodes to salt concentration changes. For complete details on the use and execution of this protocol, please refer to Sato et al. (2021).

    DOI: 10.1016/j.xpro.2021.101011

    PubMed

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  • Glutamate signaling from a single sensory neuron mediates experience-dependent bidirectional behavior in Caenorhabditis elegans. 査読 国際誌

    Hirofumi Sato, Hirofumi Kunitomo, Xianfeng Fei, Koichi Hashimoto, Yuichi Iino

    Cell reports   35 ( 8 )   109177 - 109177   2021年5月

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    担当区分:筆頭著者   記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    Orientation and navigation behaviors of animals are modulated by past experiences. However, little is known about the mechanisms by which sensory inputs are translated into multi-directional orientation behaviors in an experience-dependent manner. Here, we report a neural mechanism for bidirectional salt-concentration chemotaxis of Caenorhabditis elegans. The salt-sensing neuron ASE right (ASER) is always activated by a decrease of salt concentration, while the directionality of reorientation behaviors is inverted depending on previous salt experiences. AIB, the interneuron postsynaptic to ASER, and neurons farther downstream of AIB show experience-dependent bidirectional responses, which are correlated with reorientation behaviors. These bidirectional behavioral and neural responses are mediated by glutamate released from ASER. Glutamate acts through the excitatory glutamate receptor GLR-1 and inhibitory glutamate receptor AVR-14, both acting in AIB. These findings suggest that experience-dependent reorientation behaviors are generated by altering the magnitude of excitatory and inhibitory postsynaptic signals from a sensory neuron to interneurons.

    DOI: 10.1016/j.celrep.2021.109177

    PubMed

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  • Roles of the ClC chloride channel CLH-1 in food-associated salt chemotaxis behavior of C. elegans. 査読 国際誌

    Chanhyun Park, Yuki Sakurai, Hirofumi Sato, Shinji Kanda, Yuichi Iino, Hirofumi Kunitomo

    eLife   10   2021年1月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    The ability of animals to process dynamic sensory information facilitates foraging in an ever-changing environment. However, molecular and neural mechanisms underlying such ability remain elusive. The ClC anion channels/transporters play a pivotal role in cellular ion homeostasis across all phyla. Here, we find a ClC chloride channel is involved in salt concentration chemotaxis of Caenorhabditis elegans. Genetic screening identified two altered-function mutations of clh-1 that disrupt experience-dependent salt chemotaxis. Using genetically encoded fluorescent sensors, we demonstrate that CLH-1 contributes to regulation of intracellular anion and calcium dynamics of salt-sensing neuron, ASER. The mutant CLH-1 reduced responsiveness of ASER to salt stimuli in terms of both temporal resolution and intensity, which disrupted navigation strategies for approaching preferred salt concentrations. Furthermore, other ClC genes appeared to act redundantly in salt chemotaxis. These findings provide insights into the regulatory mechanism of neuronal responsivity by ClCs that contribute to modulation of navigation behavior.

    DOI: 10.7554/eLife.55701

    PubMed

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  • Neuron ID dataset facilitates neuronal annotation for whole-brain activity imaging of C. elegans. 査読 国際誌

    Yu Toyoshima, Stephen Wu, Manami Kanamori, Hirofumi Sato, Moon Sun Jang, Suzu Oe, Yuko Murakami, Takayuki Teramoto, Chanhyun Park, Yuishi Iwasaki, Takeshi Ishihara, Ryo Yoshida, Yuichi Iino

    BMC biology   18 ( 1 )   30 - 30   2020年3月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    BACKGROUND: Annotation of cell identity is an essential process in neuroscience that allows comparison of cells, including that of neural activities across different animals. In Caenorhabditis elegans, although unique identities have been assigned to all neurons, the number of annotatable neurons in an intact animal has been limited due to the lack of quantitative information on the location and identity of neurons. RESULTS: Here, we present a dataset that facilitates the annotation of neuronal identities, and demonstrate its application in a comprehensive analysis of whole-brain imaging. We systematically identified neurons in the head region of 311 adult worms using 35 cell-specific promoters and created a dataset of the expression patterns and the positions of the neurons. We found large positional variations that illustrated the difficulty of the annotation task. We investigated multiple combinations of cell-specific promoters driving distinct fluorescence and generated optimal strains for the annotation of most head neurons in an animal. We also developed an automatic annotation method with human interaction functionality that facilitates annotations needed for whole-brain imaging. CONCLUSION: Our neuron ID dataset and optimal fluorescent strains enable the annotation of most neurons in the head region of adult C. elegans, both in full-automated fashion and a semi-automated version that includes human interaction functionalities. Our method can potentially be applied to model species used in research other than C. elegans, where the number of available cell-type-specific promoters and their variety will be an important consideration.

    DOI: 10.1186/s12915-020-0745-2

    PubMed

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  • An annotation dataset facilitates automatic annotation of whole-brain activity imaging of C. elegans

    Yu Toyoshima, Stephen Wu, Manami Kanamori, Hirofumi Sato, Moon Sun Jang, Suzu Oe, Yuko Murakami, Takayuki Teramoto, ChanHyun Park, Yuishi Iwasaki, Takeshi Ishihara, Ryo Yoshida, Yuichi Iino

    bioRxiv   2019年7月

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    出版者・発行元:Cold Spring Harbor Laboratory  

    <title>Abstract</title>Annotation of cell identity is an essential process in neuroscience that allows for comparing neural activities across different animals. In <italic>C. elegans</italic>, although unique identities have been assigned to all neurons, the number of annotatable neurons in an intact animal is limited in practice and comprehensive methods for cell annotation are required. Here we propose an efficient annotation method that can be integrated with the whole-brain imaging technique. We systematically identified neurons in the head region of 311 adult worms using 35 cell-specific promoters and created a dataset of the expression patterns and the positions of the neurons. The large positional variations illustrated the difficulty of the annotation task. We investigated multiple combinations of cell-specific promoters to tackle this problem. We also developed an automatic annotation method with human interaction functionality that facilitates annotation for whole-brain imaging.

    DOI: 10.1101/698241

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  • 線虫の全中枢神経細胞活動データに対する因果性解析

    岩崎 唯史, 吉田 亮, 飯野 雄一, 石原 健, 佐藤 博文, 大江 紗, 寺本 孝行, 徳永 旭将, 広瀬 修, Wu S., 豊島 有, ジャン ムンソン

    日本物理学会講演概要集   73 ( 0 )   2853 - 2853   2018年

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    記述言語:日本語   出版者・発行元:一般社団法人 日本物理学会  

    DOI: 10.11316/jpsgaiyo.73.1.0_2853

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  • 線虫の全中枢神経細胞活動データに対する因果性解析II

    岩崎 唯史, ジャン ムンソン, 吉田 亮, 飯野 雄一, 石原 健, 佐藤 博文, 大江 紗, 久下 小百合, 寺本 孝行, 徳永 旭将, 広瀬 修, Wu S., 豊島 有

    日本物理学会講演概要集   73 ( 0 )   2315 - 2315   2018年

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    記述言語:日本語   出版者・発行元:一般社団法人 日本物理学会  

    DOI: 10.11316/jpsgaiyo.73.2.0_2315

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  • A Gustatory Neural Circuit of Caenorhabditis elegans Generates Memory-Dependent Behaviors in Na+ Chemotaxis. 査読 国際誌

    Lifang Wang, Hirofumi Sato, Yohsuke Satoh, Masahiro Tomioka, Hirofumi Kunitomo, Yuichi Iino

    The Journal of neuroscience : the official journal of the Society for Neuroscience   37 ( 8 )   2097 - 2111   2017年2月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    Animals show various behaviors in response to environmental chemicals. These behaviors are often plastic depending on previous experiences. Caenorhabditis elegans, which has highly developed chemosensory system with a limited number of sensory neurons, is an ideal model for analyzing the role of each neuron in innate and learned behaviors. Here, we report a new type of memory-dependent behavioral plasticity in Na+ chemotaxis generated by the left member of bilateral gustatory neuron pair ASE (ASEL neuron). When worms were cultivated in the presence of Na+, they showed positive chemotaxis toward Na+, but when cultivated under Na+-free conditions, they showed no preference regarding Na+ concentration. Both channelrhodopsin-2 (ChR2) activation with blue light and up-steps of Na+ concentration activated ASEL only after cultivation with Na+, as judged by increase in intracellular Ca2+ Under cultivation conditions with Na+, photoactivation of ASEL caused activation of its downstream interneurons AIY and AIA, which stimulate forward locomotion, and inhibition of its downstream interneuron AIB, which inhibits the turning/reversal behavior, and overall drove worms toward higher Na+ concentrations. We also found that the Gq signaling pathway and the neurotransmitter glutamate are both involved in the behavioral response generated by ASEL.SIGNIFICANCE STATEMENT Animals have acquired various types of behavioral plasticity during their long evolutionary history. Caenorhabditis elegans prefers odors associated with food, but plastically changes its behavioral response according to previous experience. Here, we report a new type of behavioral response generated by a single gustatory sensory neuron, the ASE-left (ASEL) neuron. ASEL did not respond to photostimulation or upsteps of Na+ concentration when worms were cultivated in Na+-free conditions; however, when worms were cultivated with Na+, ASEL responded and inhibited AIB to avoid turning and stimulated AIY and AIA to promote forward locomotion, which collectively drove worms toward higher Na+ concentrations. Glutamate and the Gq signaling pathway are essential for driving worms toward higher Na+ concentrations.

    DOI: 10.1523/JNEUROSCI.1774-16.2017

    PubMed

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  • Regulation of experience-dependent bidirectional chemotaxis by a neural circuit switch in Caenorhabditis elegans. 査読 国際誌

    Yohsuke Satoh, Hirofumi Sato, Hirofumi Kunitomo, Xianfeng Fei, Koichi Hashimoto, Yuichi Iino

    The Journal of neuroscience : the official journal of the Society for Neuroscience   34 ( 47 )   15631 - 7   2014年11月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    The nematode Caenorhabditis elegans changes its chemotaxis to NaCl depending on previous experience. At the behavioral level, this chemotactic plasticity is generated by reversing the elementary behaviors for chemotaxis, klinotaxis, and klinokinesis. Here, we report that bidirectional klinotaxis is achieved by the proper use of at least two different neural subcircuits. We simulated an NaCl concentration change by activating an NaCl-sensitive chemosensory neuron in phase with head swing and successfully induced klinotaxis-like curving. The curving direction reversed depending on preconditioning, which was consistent with klinotaxis plasticity under a real concentration gradient. Cell-specific ablation and activation of downstream interneurons revealed that ASER-evoked curving toward lower concentration was mediated by AIY interneurons, whereas curving to the opposite direction was not. These results suggest that the experience-dependent bidirectionality of klinotaxis is generated by a switch between different neural subcircuits downstream of the chemosensory neuron.

    DOI: 10.1523/JNEUROSCI.1757-14.2014

    PubMed

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  • Concentration memory-dependent synaptic plasticity of a taste circuit regulates salt concentration chemotaxis in Caenorhabditis elegans. 査読 国際誌

    Hirofumi Kunitomo, Hirofumi Sato, Ryo Iwata, Yohsuke Satoh, Hayao Ohno, Koji Yamada, Yuichi Iino

    Nature communications   4   2210 - 2210   2013年

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    担当区分:筆頭著者   記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    It is poorly understood how sensory systems memorize the intensity of sensory stimulus, compare it with a newly sensed stimulus, and regulate the orientation behaviour based on the memory. Here we report that Caenorhabditis elegans memorizes the environmental salt concentration during cultivation and exhibits a strong behavioural preference for this concentration. The right-sided amphid gustatory neuron known as ASER, senses decreases in salt concentration, and this information is transmitted to the postsynaptic AIB interneurons only in the salt concentration range lower than the cultivation concentration. In this range, animals migrate towards higher concentration by promoting turning behaviour upon decreases in salt concentration. These observations provide a mechanism for adjusting the orientation behaviour based on the memory of sensory stimulus using a simple neural circuit.

    DOI: 10.1038/ncomms3210

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MISC

  • A neural circuit for memory-dependent Na+ Chemotaxis dissected in Caenorhabditis elegans

    Lifang Wang, Hirofumi Sato, Yohsuke Satoh, Masahiro Tomioka, Hirofumi Kunitomo, Yuichi Iino

    CHEMICAL SENSES   41 ( 9 )   E270 - E270   2016年11月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究発表ペーパー・要旨(国際会議)   出版者・発行元:OXFORD UNIV PRESS  

    Web of Science

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  • 3次元動画像内の非常に多数の細胞領域を自動追跡するための 粒子フィルタ手法の開発

    広瀬 修, 石原 健, 飯野 雄一, 吉田 亮, 川口 翔太郎, 徳永 旭将, 豊島 有, 寺本 孝行, 佐藤 賢二, 池端 久貴, 佐藤 博文, 久下 小百合

    人工知能学会全国大会論文集   2014 ( 0 )   2C32in - 2C32in   2014年

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    記述言語:日本語   出版者・発行元:一般社団法人 人工知能学会  

    <p>細胞動画像の典型的な特徴として多数の追跡対象物が密に存在し視覚的に類似していることが挙げられる.このような動画像に対し標準的な粒子フィルタを利用した場合,本来の追跡対象を別の対象物と誤認し追跡に容易に失敗する.この問題に対し多数の細胞の共変動性に着目し追跡のための補助情報としてこれを利用することで追跡精度の向上を目指す.</p>

    DOI: 10.11517/pjsai.JSAI2014.0_2C32in

    J-GLOBAL

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  • Molecular and neural mechanisms of behavioral plasticity based on salt taste memory in C. elegans

    Hirofumi Kunitomo, Hirofumi Sato, Ryo Iwata, Takeshi Adachi, Hayao Ohno, Yuichi Iino

    NEUROSCIENCE RESEARCH   71   E40 - E40   2011年

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    記述言語:英語   掲載種別:研究発表ペーパー・要旨(国際会議)   出版者・発行元:ELSEVIER IRELAND LTD  

    DOI: 10.1016/j.neures.2011.07.177

    Web of Science

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講演・口頭発表等

  • Experience-dependent modulation of gustatory neural circuit that participates in a salt concentration memory 国際会議

    佐藤博文

    5th East Asia C. elegans Meeting  2012年6月 

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    開催年月日: 2012年6月

    記述言語:英語   会議種別:口頭発表(一般)  

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  • 経験塩濃度依存的な行動を制御する神経回路の動態

    佐藤博文, 國友博文, Xianfeng Fei, 橋本浩一, 飯野雄一

    第42回日本分子生物学会年会  2019年12月 

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    記述言語:日本語   会議種別:ポスター発表  

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  • 味覚学習の分子・神経機構

    國友博文, 佐藤博文, 飯野雄一

    線虫研究の未来を創る会  2018年9月 

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    会議種別:ポスター発表  

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  • 線虫の動きと神経応答の同時測定

    Hirofumi Sato, Hirofumi Kunitomo, Xianfeng Fei, Koichi Hashimoto, Yuichi Iino

    線虫研究の未来を創る会  2018年9月 

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    記述言語:日本語   会議種別:口頭発表(一般)  

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  • 線虫C. エレガンスの塩濃度の記憶と走化性の分子・神経機構

    國友博文, 佐藤博文, 飯野雄一

    次世代脳プロジェクト 冬のシンポジウム  2017年12月 

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    会議種別:シンポジウム・ワークショップ パネル(公募)  

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  • 線虫の塩走性学習の分子・神経機構

    國友博文, 佐藤博文, 飯野雄一

    第41回日本神経科学大会  2018年7月 

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    記述言語:英語   会議種別:ポスター発表  

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  • 線虫の化学走性における定位行動の神経機構

    佐藤陽介, 佐藤博文, 國友博文, 飯野雄一

    第38回 日本分子生物学会年会  2015年12月 

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  • A neural circuit for experience-dependent salt chemotaxis in C. elegans 国際会議

    Hirofumi Sato, Hirofumi Kunitomo, Xianfeng Fei, Koichi Hashimoto, Yuichi Iino

    CeNeuro2016 (C. elegans Topic Meeting: NEURONAL DEVELOPMENT, SYNAPTIC FUNCTION & BEHAVIOR)  2016年7月 

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    記述言語:英語   会議種別:口頭発表(一般)  

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  • 線虫の学習による化学感覚入力に対する神経応答と行動の変化 招待

    飯野雄一, 國友博文, 大野速雄, 佐藤博文, 佐藤陽介, 岩田遼

    第120回 日本解剖学会・第92回 日本生理学会大会 合同大会  2015年3月 

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    記述言語:英語   会議種別:口頭発表(招待・特別)  

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  • A gustatory neural circuit for experience-dependent salt chemotaxis in C. elegans 国際会議

    Hirofumi Sato, Hirofumi Kunitomo, Xianfeng Fei, Koichi Hashimoto, Yuichi Iino

    20th International C. elegans Meeting  2015年6月 

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    記述言語:英語   会議種別:ポスター発表  

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  • 線虫の化学走性の可塑性の分子神経機構 招待

    飯野雄一, 大野速雄, 佐藤博文, 佐藤陽介, 富岡征大, 國友博文

    日本動物学会第84回大会  2013年9月 

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    記述言語:日本語  

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  • 線虫の経験塩濃度依存的な行動を制御する神経回路の解明

    佐藤博文, 國友博文, Xianfeng Fei, 橋本浩一, 飯野雄一

    第37回 日本分子生物学会年会  2014年11月 

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    記述言語:日本語   会議種別:ポスター発表  

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  • A gustatory neural circuit for salt concentration memory in Caenorhabditis elegans. 国際会議

    H. Sato, H. Kunitomo, S. Oda, Y. Iino

    The 19th International C. elegans Meeting  2013年6月 

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    記述言語:英語   会議種別:ポスター発表  

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  • 線虫の全中枢神経イメージングによる神経活動と感覚運動情報との関連解析

    飯野雄一, 豊島有, 寺本孝行, Wu Stephen, Moon-Sun Jang, 滝沢拓己, 徳永旭将, 佐藤博文, 広瀬修, 大江紗, 久下小百合, 岩崎唯史, 吉田亮, 石原健

    第40回日本神経科学大会  2017年7月 

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    会議種別:シンポジウム・ワークショップ パネル(公募)  

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  • A gustatory neural circuit for experience-dependent salt chemotaxis in C. elegans. 国際会議

    Hirofumi Sato, Hirofumi Kunitomo, Xianfeng Fei, Koichi Hashimoto, Yuichi Iino

    NSF-AMED Workshop: Comparative Principles of Brain Architecture and Functions  2016年11月 

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    記述言語:英語   会議種別:ポスター発表  

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  • A gustatory neural circuit for experience-dependent behavioral plasticity. 国際会議

    Hirofumi Sato, Hirofumi Kunitomo, Xianfeng Fei, Koichi Hashimoto, Yuichi Iino

    21st International C. elegans Meeting  2017年6月 

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    記述言語:英語   会議種別:ポスター発表  

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  • C. エレガンスの味覚記憶と行動可塑性の分子神経機構

    國友博文, 佐藤博文, 安達健, 岩田遼, 大野速雄, 飯野雄一

    第34回日本神経科学大会  2011年9月 

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    記述言語:英語   会議種別:口頭発表(一般)  

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  • 線虫C. elegansの塩濃度記憶に依存した神経応答の解析

    佐藤博文, 國友博文, 小田茂和, 飯野雄一

    第34回日本分子生物学会年会  2011年12月 

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    記述言語:日本語   会議種別:ポスター発表  

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  • Neural Dynamics of Experience-Dependent Gustatory Behavior 国際会議

    Hirofumi Sato, Hirofumi Kunitomo, Xianfeng Fei, Koichi Hashimoto, Yuichi Iino

    CeNeuro2018 

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    記述言語:英語   会議種別:ポスター発表  

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  • Experience-dependent modulation of the neuronal response in the gustatory circuit 国際会議

    Hirofumi Sato, Hirofumi Kunitomo, Shigekazu Oda, Yuichi Iino

    18th international C. elegans meeting  2011年6月 

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    記述言語:英語   会議種別:ポスター発表  

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  • 線虫の味覚神経においてホスホリパーゼC-epsilonは経験に依存した塩走性を制御する

    國友博文, 岩田遼, 佐藤博文, 飯野雄一

    Neuro2013  2013年6月 

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    記述言語:日本語   会議種別:口頭発表(一般)  

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  • 線虫C. elegansの塩濃度記憶を制御する神経回路の解析

    佐藤博文, 國友博文, 小田茂和, 飯野雄一

    Neuro2013  2013年6月 

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    記述言語:日本語   会議種別:ポスター発表  

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  • 線虫の味覚可塑性とその機構

    飯野雄一, 國友博文, 大野速雄, 佐藤博文, 佐藤陽介, 土屋純一, 山田康嗣, 加藤紳也, 内藤泰樹, 富岡征大

    Neuro2013  2013年6月 

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    記述言語:日本語   会議種別:シンポジウム・ワークショップ パネル(指名)  

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  • Neural dynamics for bidirectional regulation of experience-dependent gustatory behavior. 国際会議

    H. Sato, H. Kunitomo, X. Fei, K. Hashimoto, Y. Iino

    22nd International C. elegans Conference  2019年 

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    記述言語:英語   会議種別:口頭発表(一般)  

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  • 線虫の経験依存的な塩走性行動はグルタミン酸シグナルによって制御される

    佐藤博文, 國友博文, Xianfeng Fei, 橋本浩一, 飯野雄一

    第43回日本分子生物学会年会  2020年12月 

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受賞

  • 研究奨励賞

    2013年3月   東京大学大学院理学系研究科  

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共同研究・競争的資金等の研究課題

  • 線虫の記憶の実体と連合学習機構の解明

    研究課題/領域番号:21K15182  2021年4月 - 2023年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業 若手研究  若手研究

    佐藤 博文

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    配分額:4680000円 ( 直接経費:3600000円 、 間接経費:1080000円 )

    虫は経験した塩濃度を記憶し、餌と共に経験した場合はその塩濃度への誘引、飢餓と共に経験した場合は忌避行動を示す。そのため本研究では①線虫が経験塩濃度を記憶する機構の解明、②餌の有無に応じて行動を逆転させる機構の解明、の2つの課題に取り組む計画であった。
    ①について、まずプレシナプス側でどのような因子が働いているか検討を行った。先行研究から、細胞内で機能するシグナル伝達物質であるジアシルグリセロール、及びジアシルグリセロールの生産や分解を担うタンパク質の活性に応じて、線虫の塩嗜好性が変化することが示唆されている。また、感覚神経ASER内のジアシルグリセロール量は、塩濃度変化刺激が加わることで変化することが示唆されている。そのため、ASER神経の細胞内ジアシルグリセロール量の変化が条件付け塩濃度の影響を受けるかどうかを検証した。結果として、条件付け時の塩濃度によらず、塩濃度低下に対しては常に細胞内ジアシルグリセロール量が増加することが分かった。次にポストシナプス側で記憶の所在を示すような因子が存在するかを検討するため、介在神経におけるグルタミン酸受容体の局在や定量を試みた。興奮性受容体については、プロモーターの活性及び神経突起における局在は条件付け時の塩濃度による変化が見られなかった。一方でタンパク質量については経験塩濃度依存的に変化する可能性が示唆された。今後これについてさらなる検証を行う予定である。
    ②について、餌と共に条件付けした場合と飢餓条件付けした場合とで神経活動の変化に差が見られるかを検証した。その結果、感覚神経ASERの活動は餌の有無によってほぼ差は見られなかったが、介在神経については差が見られた。そのため感覚神経ー介在神経間のシグナル伝達の過程において餌の有無の影響が入っている可能性が示唆される。

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  • 経験依存的な行動調節を制御する分子・神経機構の包括的解明

    研究課題/領域番号:19K16286  2019年4月 - 2021年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業 若手研究  若手研究

    佐藤 博文

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    配分額:4160000円 ( 直接経費:3200000円 、 間接経費:960000円 )

    本研究は線虫の塩に対する走性を対象として、経験依存的な行動調節の機構について明らかにすることを目的としている。研究内容としては①感覚入力から行動出力までを結ぶ神経回路の動態の解析 ②感覚神経―介在神経間のシナプス極性を反転させる機構の解明 ③経験依存的な神経応答を制御する細胞内分子機構の解明、の3点に注目して計画が立てられている。今2019年度では主に①と②についての研究を実施した。
    まず①について、塩を受容する感覚神経ASERとその下流の介在神経AIB、そしてAIBの下流に位置する介在神経RIM、AVAによって感覚入力が行動出力に変換されることが示唆されていた。今回ASER神経の下流に存在する他の介在神経の除去株を作成し、線虫の行動と神経応答を解析した結果、複数の介在神経がAIB神経の応答と行動の制御に寄与することが示唆された。ASER神経とAIB神経の間にはシナプス接続が存在することが分かっているが、ASER神経は直接的な入力以外にも他の神経を介してAIB神経に情報伝達していることが考えられる。また全神経を同時に撮影する4Dイメージングを用いた解析も進めており、機能的な神経ネットワークの解明を試みている。
    ②について、ASER神経の応答とAIB神経の応答の関係が経験依存的に反転することが分かっていたが、それがグルタミン酸によるシグナル伝達によって制御されていることが明らかになった。ASER神経から放出されたグルタミン酸が、AIB神経に存在する興奮性と抑制性の2種類の受容体によって受容され、それらの受容体による興奮性と抑制性の入力のバランスが経験依存的に変化することが示唆された。これらの成果は学習がどのようにして起きるかを明らかにする上で重要な知見であると考えられる。

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  • 感覚刺激強度の記憶と行動選択の分子・神経機構の解明

    研究課題/領域番号:26430007  2014年4月 - 2018年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業 基盤研究(C)  基盤研究(C)

    國友 博文, 飯野 雄一, 佐藤 博文, 朴 燦賢

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    配分額:5070000円 ( 直接経費:3900000円 、 間接経費:1170000円 )

    学習は動物が環境に適応し生存競争を勝ち抜くために必須な能力であり、比較的単純な神経系をもつ動物にも備わっている。土壌線虫C.エレガンスは過去に餌を経験した塩濃度に向かい飢餓を経験した塩濃度を避ける。この味覚学習に必要な遺伝子と神経回路のはたらきを調べた。その結果、味覚神経と一次介在神経の間のシナプス伝達が経験に依存して変化し、このシナプス可塑性はグルタミン酸を介した神経伝達の符号が反転することによって生じることが明らかになった。また3種類ある一次介在神経は一部重複する機能をもちながらそれぞれ特定の条件で強く塩走性に寄与することが明らかになった。

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  • 学習記憶に関わる新規分子の発見と神経系における動態・機能の解明

    研究課題/領域番号:25115010  2013年6月 - 2018年3月

    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)  新学術領域研究(研究領域提案型)

    飯野 雄一, 饗場 篤, 國友 博文, 富岡 征大, 豊島 有, 大野 速雄, 佐藤 博文, Wang Lifang, 森 啓太, 柳 秀一, 酒井 奈緒子

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    配分額:106990000円 ( 直接経費:82300000円 、 間接経費:24690000円 )

    本研究では神経系の機能解析に多くの利点を持つ線虫を用い、新規分子を発見し、その分子動態を調べることにより、細胞内分子のダイナミクス→回路のダイナミクス→行動のダイナミクス、という各階層で学習・記憶の機構を包括的に理解することを目指した。その結果、
    短期記憶・特に刺激強度の記憶の機構、記憶シグナルの細胞間転移、一細胞での分別記憶の機構などについて、分子神経機構が多く明らかになった。

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  • 線虫の環境記憶と行動の可塑性を制御する分子神経基盤の解明

    研究課題/領域番号:13J09506  2013年4月 - 2016年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業 特別研究員奨励費  特別研究員奨励費

    佐藤 博文

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    配分額:2700000円 ( 直接経費:2700000円 )

    本研究は、線虫の塩濃度記憶に基づく行動調節機構を分子・神経レベルで明らかにしようとするものである。これまでの研究により、塩を受容する感覚神経とその直下の複数の介在神経(AIA、AIB、AIY)について経験依存的な神経応答の観察を行った。そこで本年度はまず、さらに下流の介在神経について、塩濃度変化に対する神経応答の観察を行った。その結果、AIZ介在神経において、経験塩濃度依存的な神経応答を見出した。その応答パターンはこれまでに観察されたAIB介在神経の応答と一致し、AIY介在神経の応答とは逆方向であった。そのためAIY神経から抑制性のシナプス入力を受け、AIB神経には興奮性シナプス出力をしていると考えられる。
    続いて経験塩濃度に依存した各神経の応答と、線虫の行動とを直接的に観察する実験を行った。この実験では2cm四方のPDMS製微小流路を用い、内部を自由に動く線虫を追跡して各時刻での速度を求めると同時に、蛍光画像を撮影することでその時点での神経の細胞内カルシウム濃度の変化(相対量)を求めた。その結果、塩濃度変化刺激に対し、線虫の行動は刺激よりも高い塩濃度で飼われたか低い塩濃度で飼われたかによって逆転した。これに対し、塩を受容する感覚神経ASERの応答は経験塩濃度依存的に逆転せず、感覚入力に相関した応答を示した。一方でAIB介在神経とその下流のRIM介在/運動神経では経験塩濃度依存的にその応答が逆転し、行動と相関する応答を示した。そのため、ASER-AIB-RIMという神経回路を通じて線虫の経験塩濃度依存的な行動が制御されていることが示唆され、また感覚神経-介在神経間において感覚入力の情報が行動出力の情報へと変換されていることが考えられる。

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