自然科学研究機構生理学研究所 の概要説明 ·...
TRANSCRIPT
自然科学研究機構生理学研究所の概要説明平成２５年 ８月２０日
文部科学省脳科学委員会
説明用資料
大学共同利用機関法人自然科学研究機構
生理学研究所研究総主幹 伊佐 正
1
資料1
生理学研究所の沿革
■ 1960年頃より： 生理学研究者の間に研究所設立の要望が高まり、日本生理学会を中心に種々検討・実現努力がなされた。
■ 1967年11月： 日本学術会議は第49回総会において、人体基礎生理学研究所（仮称）の設立について内閣総理大臣に勧告。
■ 1973年10月： 学術審議会は分子科学研究所、基礎生物学研究所及び生理学研究所を緊急に設立すべき旨、文部大臣に報告。
■ 1981年4月： 分子科学研究所、基礎生物学研究所と共に、岡崎国立共同研究機構が創設された。
■ 1988年10月： 総合研究大学院大学が創設され、生理学研究所に同大学生命科学研究科生理科学専攻が置かれた。
■ 2004年4月： 核融合科学研究所、国立天文台と共に、自然科学研究機構が創設された。
2
創設の理念
生体を対象に分子、細胞、器官、個体レベルの研究を推進し、究極
において人体の機能を総合的に解明する
現在の目標
ヒトのからだと脳の働き（機能）と、その仕組み（機構）を大学と共同
で研究し、そのための研究者を育成する。
大学共同利用機関法人自然科学研究機構
生理学研究所 1977. 5 創設
－人体基礎生理学の研究・教育のための唯一の大学共同利用機関－
3
1977
1977
1977
1978 (2004改称)
1998
2003
1980 (2000改組)
2000
2005
2008 (2012改組)
1977 (2008, 2012改組)
2008
1977[技術支援体制の完備]
2009追加
2010追加
2012改称
[超高圧電顕・位相差電顕]
[fMRI・dual fMRI]
2012追加
2012追加
2012追加
2011
生理学研究所の組織体制 ６系: ２０部門４センター: ２０室１課２共通センター
4[基本ユニット＝1部門 （7名）： 教授+准教授+助教+特任助教+博士研究員+技術職員+技術補佐員]
2008
2008追加
2013年4月現在生理研 構成員所長 1
研究職員 73 [14] 教授 （定員17） 13 （女性 1）
准教授 （定員20） 15 （女性 1）
助教 （定員36）
特任教授・准教授・助教
21 （女性 3）
24 （女性 8） [14]
客員研究職員 客員教授・准教授・助教 (22)
技術職員 28 技術課長 1
技術課員 27
博士研究員 37 [28]
大学院生 61 総研大大学院生 54
受託大学院生 7
技術補佐員 73 [47]
事務補佐員 29 [8]
計 302 [97] （外国人 1％）
備考： [外部資金雇用者 32%]5
教授・准教授・助教の女性7％、外国人0％
基本的に教授への内部昇任は禁止。助教から准教授への内部昇任は他の候補より圧倒的に優れているときのみ許可
主な転出先：ISTオーストリア教授, 名古屋大学環境医学研究所教授、信
州大学教授、大阪大学教授、東京医科歯科大学教授、北里大学教授、慶應義塾大学准教授、東北大学准教授、国立精神神経センター部長、弘前大学准教授、名古屋大学准教授、京都大学教授など多数の機関に人材を輩出
生理学研究所 予算
人件費 物件費等 計
運営費交付金 (51%) 821,321 857,179 1,678,500
研究所 791,977 815,713 1,607,690
総合研究大学院大学 29,344 41,466 70,810
外部資金 (49%) 0 1,624,480 1,624,480
直接経費 0 1,361,991 1,361,991
間接経費 0 262,489 262,489
計 821,321 2,481,659 3,302,980
2012年度 (千円)
6
（Cf. 2004年度： 運営費交付金 57％、外部資金 43％）大型予算獲得状況新学術領域（領域代表）
柿木 「学際的研究による顔認知メカニズムの解明」（平成２０－２４年度）小松 「質感脳情報学」（平成２２－２６年度）池中 「グリアアセンブリによる脳機能発現の制御と病態」（平成２５年度開始）
脳科学研究戦略推進プログラム伊佐 課題Ｃ「独創性の高いモデル動物の開発」 拠点長（平成２０－２４年度）
科学研究費補助金・基盤研究Ｓ ２件（定藤、伊佐）戦略的創造研究推進事業（CREST） ２件（鍋倉、川口）次世代・最先端プログラム ２件（深田、吉村）
＃１．トップレベルの研究推進：先導的・中核的研究機関として分子・細胞から組織、システム、個体にわたる各レベルを有機的に統合生体機能とその仕組みを、研究者の自由な発想によるbottom-up approachで解明
＃２a．共同利用研究推進：大学共同利用機関としての多彩なプログラムa) 一般共同研究・計画共同研究
b) 共同利用実験
c) 多次元共同脳科学推進センターで全国の異分野脳科学研究連携
d) 研究会・シンポジウム
e) トレーニングコースや各種教育講座の開催
ｆ) 東日本大震災被災研究者支援特別プログラム
＃２ｂ．全国ネットワーク形成：a) 大学との人材交流と研究者集結ネットワークb) 多次元的脳科学研究・教育ネットワーク
c) ニホンザルを用いる研究者ネットワーク
d) 日米脳共同研究による全国ネットワーク
e) 学術交流協定締結による国際的連携ネットワーク
＃３．若手研究者育成・発掘と情報発信：総合研究大学院大学の基盤機関a) 総研大・生命科学研究科・生理科学専攻b) トレーニングコース・レクチャーコース実施による全国の若手人材育成
c) 異分野連携若手研究者脳科学教育プログラム
d) 広報・アウトリーチ活動による国民への説明責任履行
生理学研究所のミッション
7
8
ミッション＃１：トップレベルの研究推進
１．内園・濱・月田・永山・重本・川口と続く電子顕微鏡観察の流れ
２．入澤・野間・渡辺・大森・岡田・井本・河西・岡村・久保・富永と続くイオンチャネル研究の流れ
３．彦坂・森・丹治（客員）・宮下（客員）・小松・伊佐・南部と続くサルを用いたシステム神経科学の流れ
４．佐々木（和夫）・柿木・定藤と続くヒト非侵襲イメージングの流れ
9
ミッション＃１：トップレベルの研究推進
久保義弘 重本隆一 小松英彦
柿木隆介
定藤規弘
南部 篤
伊佐 正
箕越靖彦
富永真琴 鍋倉淳一永山國昭
深田正紀 池中一裕
川口泰雄 井本敬二
岡田泰伸
１．内園・濱・月田・永山・重本・川口と続く電子顕微鏡観察の流れ
２．入澤・野間・渡辺・大森・岡田・井本・河西・岡村・久保・富永と続くイオンチャネル研究の流れ
３．彦坂・森・丹治（客員）・宮下（客員）・小松・伊佐・南部と続くサルを用いたシステム神経科学の流れ
４．佐々木（和夫）・柿木・定藤と続くヒト非侵襲イメージングの流れ
６階層をシームレスに繋ぐイメージング
10
位相差クライオ電顕での非固定標本での分子の可視化
（永山ら）
FIB/SEMによる異なる皮質介在ニューロンの
樹状突起の３次元再構築（川口・窪田ら）
凍結割断レプリカ免疫標識法による受容体分子の定量的解析
（重本ら）
２光子レーザー顕微鏡による深部微細構造の可視化
（根本、鍋倉ら）
２光子レーザー顕微鏡によるin vivo Caイメージング
（鍋倉ら）
fMRIによるサルの脳活動のイメージング
（小松ら）
fMRIによる社会性に関わる脳活動のイメージング
（定藤ら）
ECoGによる広範な脳領域の活動イメージング（伊佐ら）
超高圧電子顕微鏡（HVEM）
世界唯一の生物試料専用機
厚試料から3次元再構築
機能的磁気
共鳴画像装置（fMRI）
ヒトの脳機能を可視化複数領域
脳磁計（MEG）
ヒトの脳機能を可視化
時間的解像度
二光子励起レーザー顕微鏡
生きた神経細胞の最深部可視化
位相差低温電子顕微鏡
見えないものを見る新技術
で透明な
生物資料を観察
遺伝子改変技術KO/TGマウス・ラット開発・供給
大中型機器・最先端技術・モデル動物の提供
同時計測用高磁場磁気共鳴画像装置（dual fMRI）
ヒト－ヒト間コミュニケーション時の脳機能可視化
共同利用実験
計画共同研究
モデル動物供給ニホンザル供給
ニホンザル繁殖・供給（NBR事業）
行動様式・代謝生理機能の網羅的解析
遺伝子改変マウスの行動レベル・代謝生理機能レベル
表現型解析
11
ミッション＃２ ： 共同利用研究推進
3D-SEM
・Σigmaより高速・温度・湿度条件が厳しい
Zeiss Σigma Zeiss Merlin
走査型電子顕微鏡内にウルト
ラミクロトームを内蔵し、数千枚の連続した電子顕微鏡画像を自動的に撮影することが出来る。神経細胞間の神経繊維による
結合を網羅的に解析するミクロ的コネクトミクス研究に不可欠の装置。
2013年度より計画共同研究に提供予定（申請多数）。
平成24年度 基盤的設備等整備分「革新的コネクトミクスと超高圧電子顕微鏡による網羅的三次元再構成システム」
新規設置共同利用機器
平成24年度補正予算 （設置にむけて準備中）・超高磁場MRIを有する国内５施設とネットワーク形成・技術開発、神経科学研究・臨床への応用、人材の育成・マクロ的コネクトミクス研究に応用
超高磁場（7テスラ）磁気共鳴画像装置（MRI）
大脳皮質構築地図
神経線維走行大脳皮質機能地図
12
年度
一般共同研究
+特別共同研究
計画共同研究
研究会+国際研究集会
超高圧電子顕微鏡共同利用
実験
磁気共鳴装置共同利用実験
fMRI
生体磁気計測共同利用実験
MEG
件数計
所外参加者数
（旅費支給者数）
旅費配分額（万円）
法人化前
平成14年度 33 4 20 10 11 5 83 783 2606
平成15年度 28 7 17 11 17 6 86 744 2458
法人化後
平成16年度 26 10 21 12 18 5 92 640 2464
平成17年度 34 29 26 10 11 6 116 856 3092
平成18年度 36 27 25 14 13 7 122 934 2942
平成19年度 33 27 26 13 19 7 125 861 3172
平成20年度 35 30 25+1 13 15 7 126 926 3315
平成21年度 37 37 25+1 14 16 7 137 855 3285
平成22年度 43+5 32 22+2 21 19 6 150 938 3583
平成23年度 41+9 43 23+1 19 26 7 169 994 3829
平成24年度 44 44 21+1 18 生体機能イメージング33 161 912 4023
生理研共同利用研究年度別推移表
これに加えて、日米脳共同研究が毎年約10件採択実施、約30名旅費支給参加13
[全国から多数の共同利用研究参加 (２００９年 ２４００名； ２０１０年 ２２００名； ２０１1年 ２６００名）]
成果： 後頭頂連合野が記憶読み出しに関与する（宮下ら2013, Neuron）、自他の区別に関わるニューロンの発見（磯田ら2012, Nature Neurosci）など
他分野の専門家集団による助言・サポート体制
ニホンザルを用いる研究者のネットワーク
疾病検討委員会委員長：伊佐正（生理学研究所）
疾病対策の方針策定
主として感染症専門家で構成
供給検討委員会委員長：西条寿夫（富山大学）
申請審査と提供先への助言
全て外部委員で構成
東京医科
歯科大学
東京大学
東北大学産業技術総
合
研究所
放射線医学総合
研究所
東京都
医学総合研究所
理化学
研究所玉川大学 山口大学
大阪大学
代表機関：自然科学研究機構
生理学研究所
分担機関：京都大学
霊長類研究所協力
運営委員会（生理学研究所に設置）
委員長：泰羅雅登
（東京医科歯科大学）
サル提供
繁殖・育成
疾病対策
個体情報
広報・啓発（知識の共有）
公開シンポジウム
事前講習会・ホームページ・刊行物（ニュー
スレター等）
北海道
大学
国立精神･
神経医療研究センター
ニホンザル・ナショナルバイオリソースプロジェクト 霊長類の行動・生態学
繁殖母群の導入に際しての助言・連携
（日本霊長類学会）
実験動物学実験のあり方･動物福祉に関する助言
（実験動物学会
国動協･公私動協）
遺伝学・
ゲノム解析全ゲノム解析、
遺伝子変異モデルの発見・保存･提供
（国立遺伝学研究所）
飼育管理
バイオセーフティSRV感染症対策など（国立感染症研究所京大ウイルス研究所
予防衛生協会、他）
平成18 ～24年度、国内29機関に合計355頭の研究用ニホンザルを提供
ユーザーコミュニティ
脳神経科学（特に高次脳機能研究）に必要不可欠なモデル動物
14
全国の大学研究者の共同研究推進について中心的役割を果たしている大学共同利用機関等の18研究機関との緊密な連係・協力の下に、それらの優れた人材と研究環境を基盤として博士課程の教育研究を行う大学院大学
我が国の高等教育の単線的・蛸壺的弊害を排し、多くのバックグランドの異なる他大学の学生が分野を超えて参集する大学院大学
生命科学研究科 生理科学専攻（生理研）大学院生を国際的な生理科学者・脳科学者へと育成し、国内外へ人材を供給する役割
「脳科学専攻間融合プログラム」これを中心的に担い、他専攻の協力を得て、分野を超えた脳科学教育を推進する役割
15
ミッション＃３：若手研究者育成・発掘
（6研究科、23専攻、19キャンパス）
最近の主要な業績（１）神経活動の光スイッチ“オプトジェネティクス”でマウスの
睡眠覚醒制御に成功 (J Neurosci, 2011)
ハロロドプシンを遺伝子改変マウスのオレキシン神経だけに発現させ、神経活動を光で抑制
光照射
覚醒維持にオレキシン神経活動が重要であることを証明
脳の中のグリア細胞の働きで、運動学習が加速することを発見(Proc Natl Acad Sci, 2012)
神経細胞とは異なるグリア細胞の活動を光で自在に操る技術を確立
小脳のバーグマングリアに選択的に光感受性蛋白を
発現させ、光によりグリア細胞を刺激したところ興奮性グルタミン酸が放出されることを証明。 このグルタ
ミン酸により、シナプス伝達が変化し、学習の促進効果があることが分かった。
遺伝子改変マウスの作製と光遺伝学的操作
遺伝子改変マウスの作製と光遺伝学的操作
脳の全ての細胞の源〜神経幹細胞が生まれる仕組みの一端を解明(Nature Neurosci 2012)
１．神経幹細胞が形成されるときに、Notchシグナル活性化のカギを握るHes5遺伝子プロモーターのDNA脱メチル化が起きる。２．DNAの脱メチル化が、GCMの働きによる。３．GCMによる脱メチル化は、細胞分裂（ゲノムの複製）を必要としない能動的脱メチル化である。
神経前駆細胞DNA
神経幹細胞DNA
神経幹細胞を生み出すDNAの「脱メチル化」を初めて解明
二光子レーザー顕微鏡イメージング技術で慢性疼痛モデルマウスの病態解明 (J Neurosci, 2012)
感覚刺激
慢性疼痛モデル動物において大脳皮質体性感覚野における過剰反応が持続。前帯状回の皮膚感覚応答を増強させている。
慢性疼痛で体性感覚野シナプス組換えが亢進し、情動中枢の皮膚感覚応答を増強 ２光子レーザー顕微鏡による微細構造の解析
最近の主要な業績（２）霊長類手指運動制御神経回路機構のウィルスベクターによる神経経路
選択的・可逆的遮断法によって解明 (Nature, 2012)
２種類のウィルスベクターを組み合わせて特定の神経経路の神経伝達を可逆的に遮断することに成功。特定の脊髄介在ニューロンが手の巧緻運動に重要であることを証明した。
霊長類で世界初の特定神経回路の機能操作に成功最新のウィルスベクター技術による回路操作
共同研究の京都大・福島県立医大とともに２０１３年文部科学大臣表彰を受賞
パーキンソン病に対する脳深部刺激療法（DBS療法）の作用メカニズムを解明 （J Neurosci, 2013）
淡蒼球の神経活動は連発刺激で抑制される
パーキンソン病等の運動障害の治療法の一つとしての脳深部刺激療法について、サルを用いて淡蒼球内節に電気刺激を与えたときのその部位の神経活動を記録し、電気刺激は、その部位の神経活動を抑えることにより効果が生まれることを解明した。
DBSは脳の局所機能を抑えてパーキンソン病の症状を緩和することを証明
洗練された電気生理実験技術による神経回路機能解析
盲視が、自然な視覚環境でもサリエントな刺激を検出していることを証明(Current Biology 2012)
片側盲視サルが長時間のムービーを見ている際の自発的眼球運動を（１０万回以上）測定。明るさ、動き、色の違いによるサリエンシーは検出しているが、方位の特徴は検出できていないことがわかった。（南カリフォルニア大との共同研究）
盲視が自然環境下でも機能することを証明
膨大な行動（眼球運動）のビッグデータを解析
二台のMRIを使って“共同注意”の脳活動を探り、健常人と高機能自閉症者の違いを明らかに (Front Human Neurosci 2012)
健常人同士のペアでは、“共同注意”時に、脳の右前頭前野（右下前頭回）の脳活動の同調がみられた。高機能自閉症者と健常者のペアでは、そうした脳活動の同調は見られなかった。また、高機能自閉症者では相手の目を見て反応する際に脳の視覚野の活動の低下が見られ（左）、一方健常人では高機能自閉症者が相手だと、むしろ視覚野と右下前頭回の脳活動の上昇が見られた（図中央）。
高機能自閉症者と健常人がリアルタイムでコミュニケーションしている最中のfMRIによる脳活動の同時計測実験はこれが世界初
「目と目で通じ合う」時の脳活動 －健常人と高機能自閉症者の違いを解明
現状認識と今後の方向性
当面は、６つの柱である１．細胞分子動作・制御機構解明
２．生体恒常性維持・脳神経情報処理・発達機構解明３．認知行動機構解明４．高度認知行動機能解明５．四次元脳・生体分子イメージング法開発６．モデル動物開発・病態生理機能解析
と、これらの階層を繋ぐ研究を推進するという方向は堅持する
一方、データ量の巨大化に対応すること、さらに階層を繋ぐ論理を構築するため、計算論的なアプローチを取り入れる方向性について検討している。
総合研究大学院大学においても先導科学研究科、複合科学研究科、生命科学研究科が連携して、「脳科学における超大規模イメージングデータを用いた脳の機能と形態を解析できるブレーンデータアナリスト人材養成プログラムの構築」計画を概算要求