東北大学大学院医学系研究科・医学部

STAFF

Professor

• Sakai, JuroProfessor. 酒井 寿郎 教授 (兼任)
  

Other Faculty / Staff

• Ohshiro, Tomokazu

  Assistant Prof. 大城 朝一 助教

• Watanabe, Hidenori

  Assistant Prof. 渡辺 秀典 助教

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OUTLINE

Mission of our laboratory is to understand cognitive functions from neurons. Especially we are interested in how the brain regulates behavior such as voluntary motor control, sequencing multiple movements, memory-guided and sensory-guided behaviors. Multichannel recording, optogenetic manipulations, and optical imaging technique allow us to examine how higher-cognitive functions emerge through interactions of neurons while animals are engaged in cognitive tasks. Our main targets are frontal motor areas and prefrontal areas.
Brain is dynamically organized structures and shows wide range of oscillations while animals are involved in various behavior tasks and in various brain states. We studied how brain oscillations emerge and interact with each other through multichannel recordings with optogenetic interventions in transgenic animals. Our main targets are beta-gamma oscillations and their relationship with behaviors.
We also develop innovative multichannel electrode in collaboration with medical engineering department. Optical up conversion technique allow us to stimulate targeti n depth of the brain through infrared light. We tried to introduce silicon-based and more flexible type of electrodes in multichannel recording. In human subjects, we tried to develop gaze-monitoring devices and pupil size monitoring devices to detect shift of attention and tones of autonomic systems.
Finally we are interested in how brain science is applied to education especially fostering non-cognitive skills such as communication skills.

研究室の主な研究テーマは、神経細胞から認知機能を理解することです。特に、随意的行動、認知的行動制御などで脳がどのように行動を制御しているかを解明しています。方法論としては多チャンネル記録、光遺伝学的操作、光学的イメージング技術を用いて、神経細胞の相互作用によってどのように行動を制御しているかを解析します。
脳は動的に組織化された構造体であり、動物がさまざまな行動課題に取り組み、さまざまな脳の状態にあるときに、さまざまな振動を示します。私たちは、遺伝子組み換え動物を用いて、多チャンネル記録と光遺伝学的介入により、脳の振動がどのように出現し、相互作用するかを研究しています。また、医用工学部と共同で革新的な多点電極の開発をしています。光アップコンバージョン技術により、近赤外光で脳の深部を刺激することができます。
ヒトを対象とした研究では、視線検出や瞳孔サイズ計測装置を開発し、注意力の低下や自律神経系の緊張を検出することを研究しています。最後に、脳科学が教育にどのように応用されるのか、特にコミュニケーション能力などの非認知能力の育成に興味があり、演劇を用いたワークショップなどを実践しています。

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  Problem-solving behavior and optogenetic multi-channel recording
  問題解決行動と光操作多点計測技術

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  Cortical local circuits (GABAergic neurons) and oscillation phenomena
  脳回路の振動（ゆらぎ）の機能的意義

ARTICLE

Watanabe H, et al. Forelimb movements evoked by optogenetic stimulation of the macaque motor cortex. Nature Communications. 11(1), 3253 2020

Northoff G, Mushiake H. Why context matters? Divisive normalization and canonical microcircuits in psychiatric disorders. Neuroscience Research. 156, 130-140 2020

Okuyama S, Kuki T, Mushiake H, Representation of the Numerosity 'zero' in the Parietal Cortex of the Monkey. Scientific Reports. 5, 10059, 2015,

Kawaguchi N, et al. Surprise Signals in the Supplementary Eye Field: Rectified Prediction Errors Drive Exploration-Exploitation Transitions. J Neurophysiol. 113:1001-14, 2015

Mita A, et al, Interval time coding by neurons in the presupplementary and supplementary motor areas. Nature Neuroscience, 12(4), 502-507, 2009,

虫明　元. 前頭葉のしくみ：からだ・心・社会をつなぐネットワー,
共立出版　xiv, 253p　201,　ISBN　9784320057982

虫明　元　学ぶ脳—ぼんやりにこそ意味がある,
岩波書店2018　ISBN　4000296728

LINK

• 生体システム生理学分野 虫明元教授の記事が、毎日新聞「人を動かすナラティブ」に掲載されました
• 脳内化学物質を高感度かつ選択的に検出できるファイバセンサの開発