システム脳科学分野

認知行動神経機構部門 ＜Laboratory of Cognitive and Behavioral Neuroscience＞

部門長：髙橋　晋 ＜Susumu Takahashi, Ph.D.＞

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　脳は、数百億個の神経細胞（ニューロン）から成る複雑かつ巨大なネットワークと言われています。その中をニューロンが発する信号（ニューロン活動）が伝播することで、見る、聴く、触る、動く、覚える、思い出すなどの認知行動機能が実現されていると考えられていますが、その詳細は未だ十分に解明されているとは言えません。当部門では、認知から行動に至る情報処理を脳がどのように実現しているのか、そのメカニズム―認知行動神経機構―を、ニューロン活動を手掛かりとして解き明かそうとします。この難問に挑むには、多面的なアプローチが必要になりますが、当部門では、ラットやマウスを対象とし、電気生理学、情報工学、実験心理学、光遺伝学（オプトジェネティクス）などに基づいた手法を自在に組み合わせることで、その解明に取り組みます。
　例えば、記憶を司る海馬にあり、動物が特定の位置を通過するときに高頻度に活動するニューロン―場所細胞―に着目しています。場所細胞の活動動態を解読し、それらをオプトジェネティクスにより選択的に操作することで、「いつ、どこで、なにを、どのようにした」というエピソードの記憶が、脳内でどのように形成され、想起されるのかを明らかにしています。また動物は、目印の無い道程をときには数百kmも迷わず行き来することができます。私達は、場所細胞の活動を手掛かりに、そのような驚異的なナビゲーションを実現する神経機構を解き明かそうとしています。

研究テーマ

1. エピソード記憶を支える神経機構の解明
2. ナビゲーションを実現する神経機構の解明

主要論文

1.  Azechi, H., & Takahashi, S., “vmTracking enables highly accurate multi-animal pose tracking in crowded environments”, PLoS Biology, 23(2):e3003002, 2025.
2.  Tamatsu, Y., Azechi, H., Takahashi, R., Sawatani, F.,  Ide, K., Fujiyama, F., Takahashi, S., "Optogenetic activation of the VTA-hippocampal pathway facilitates rapid adaptation to changes in spatial goals”, iScience, 26, 108536, 2023.
3.  Sawatani, F., Ide, K., Takahashi, S., “The neural representation of time distributed across multiple brain regions differs between implicit and explicit time demands”, Neurobiology of Learning and Memory, 199, 107731, 2023.
4.  Ide, K., Takahashi, S., “A Review of Neurologgers for Extracellular Recording of Neuronal Activity in the Brain of Freely Behaving Wild Animals”, Micromachines, 13(9):1529., 2022.
5.  Sawatani, F., Tamatsu, Y.,  Ide, K., Azechi, H., Takahashi, S., “Utilizing a Reconfigurable Maze System to Enhance the Reproducibility of Spatial Navigation Tests in Rodents”, Journal of Visualized Experiments, 190, e64754, 2022.
6.  Takahashi, S., Hombe, T., Matsumoto, S., Ide, K., Yoda, K., “Head direction cells in a migratory bird prefer north”, Science Advances, 8, eabl6848, 2022. 
7.  Maekawa, T., Higashide, D., Hara, T., Matsumura, K., Ide, K., Miyatake, T., Kimura, K., Takahashi, S., "Cross-species Behavior Analysis with Attention-based Domain-adversarial Deep Neural Networks", Nature Communications, 12, 5519, 2021.
8.  Takahashi, S. Hombe, T., Takahashi, R., Ide K., Okamoto S., Yoda, K., Kitagawa, T., Makiguchi, Y., "Wireless logging of extracellular neuronal activity in the telencephalon of free-swimming salmonids", Animal Biotelemetry, 9:9, 2021.
9. Maekawa T, Ohara K, Zhang Y, Fukutomi M, Matsumoto S, Matsumura K, Shidara H, Yamazaki S, Fujisawa R, Ide K, Nagaya N, Yamazaki K, Koike S, Miyatake T, Kimura K, Ogawa H, Takahashi S, Yoda K, "Deep Learning-assisted Comparative Analysis of Animal Trajectories with DeepHL", Nature Communications, 11, 5316, 2020.
10. Hoshino, S., Takahashi, R, Mieno, K., Tamatsu, Y., Azechi, H., Ide, K., Takahashi, S., "The reconfigurable maze provides flexible, scalable, reproducible and repeatable tests", iScience, Volume 23, Issue 1, 2020.

メンバー

髙橋　晋（教授）：Susumu Takahashi, Ph.D. (Principal investigator, Professor)
井出 薫（助教）：Kaoru Ide, Ph.D. (Research assistant professor)
畦地 裕統（助教）：Azechi Hirotsugu, Ph.D. (Research assistant professor)

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