宮本　大祐

　脳はAIとは異なり24時間フル稼働することは出来ず、睡眠や休息を必要としています。ただし、睡眠時の脳は外敵情報等の外部入力から隔離されているため、睡眠は動物にとってリスキーな行動です。また、夢を見ることからも分かるように、睡眠中も脳の神経細胞はエネルギーを消費して活動しています。しかし、リスクとエネルギーに対して、睡眠がどの様なリターンを持っているのかは未だに良く分かっていません。なぜ睡眠時にも脳のネットワークは情報を連絡しているのか？睡眠が記憶や情動や創造力といった高次脳機能に果たす役割は何か？睡眠をコントロールして、精神疾患の治療や健康寿命の延長に役立てることが出来るか？睡眠時のネットワーク動態を活用して、AI開発に繋げられるか？そんな疑問に答えるために、電気生理学や光遺伝学や行動薬理学等の実験技術の適用・開発とネットワーク動態解析とシミュレーションを通じて、睡眠の潜在的な能力を探求することが睡眠脳ダイナミクス研究室の目標です。

　睡眠脳ダイナミクス研究室は、私がアメリカ・ウィスコンシン大学 睡眠・意識センターから帰国して2020年7月に開始した研究室です。まだまだ、私が実験しながらラボ運営をしていきます。温めているアイデアは沢山ありますので、一緒に研究してくれるメンバーを募集しています。私自身が新設ラボにおいて最初の博士課程の学生として研究した経験からも、ラボの初期メンバーとなることはテーマやスペースを自ら設計して理解を深めることが可能で、PI (研究室主宰者) と直接的で持続的なコミュニケーションを築くことも出来る良い機会だと思います。また、アイドリング脳科学研究センターのセンターセミナーやジャーナルクラブ等を通じて他講座と具体的に連携していきますので、他の多くの研究者やスタッフと議論して視野を広げることも出来ます。私たちの研究室・研究センターはベンチャー企業と大企業の良いとこ取りをしたような組織と考えています。意欲的な大学院生、学生の皆さんからのご連絡をお待ちしています。

問い合わせ先メールアドレス：miyamoto<<at mark>>cts.u-toyama.ac.jp

経　歴

Researchmap:https://researchmap.jp/dmiyamoto

研究内容

　ヒトや動物の1日の睡眠時間は数時間から10時間程度です。睡眠は神経細胞集団の周期的な同期活動を反映するオシレーションによって深いノンレム睡眠と浅いレム睡眠とに分類されます。オシレーションや神経活動はミリ秒から秒単位で生じます。そのため、睡眠脳ダイナミクスを理解するには、高い時間分解能で長時間計測したいところです。

　オシレーションは脳広領域において生じて、領域間の情報連絡を担っています。各脳領域は多数の神経細胞で構成されており、覚醒時に活性化した神経細胞亜集団は睡眠時にリプレイ活動を生じます。そして、神経活動は神経細胞間の情報伝達の場となるシナプスの伝達効率を変化させます。このように、睡眠脳ダイナミクスは時空間的にマルチスケールなシステムとなっています。

　そこで、私は睡眠脳ダイナミクスの全貌とその機能を捉えるために、神経活動の実験・解析技術を生体マウスに適用してきました。まず、自然な睡眠・覚醒パターンを生じる自由行動マウスにおいて、光ファイバーを用いた神経活動の観察・操作法を確立しました (Miyamoto & Murayama, Neurosci Res, 2016)。さらに、脳波と筋電位を用いてコンピューター上でオンライン睡眠状態の判定をしてトリガーを出すことで、睡眠状態選択的なクローズドループ光操作系を開発しました (Miyamoto et al., Science, 2016; Miyamoto et al., Front Neural Circuits, 2017)。これらの実験・解析系を用いて、ノンレム睡眠時の徐波のリズムで大脳皮質を刺激することによって、睡眠不足による記憶力の低下を回復させることに成功しました。睡眠中だけではなく、断眠中における徐波刺激も記憶力を向上したことは、睡眠そのものよりも、睡眠時のオシレーションの記憶への重要性を示唆しています。

　今後は、さらなる技術開発を通して、睡眠脳ダイナミクスを時空間的にマルチスケールに捉えて、覚醒時の認知行動との関連を調べていきます。具体的には、以下のテーマを中心に研究を進めていきます。

　　1. 高時間分解能かつ長時間の神経活動計測法の開発
　　2. 領域間シナプスとリプレイ活動との関連

　そして、精神疾患の治療法やAI開発への洞察を与えていきたいと考えています。詳細な研究内容はお気軽にお問い合わせ下さい。

Publication 論文発表

1. Miyamoto D (2022)
   "Optical imaging and manipulation of sleeping-brain dynamics in memory processing."
   Neuroscience Research 181: 9-16. doi:10.1016/j.neures.2022.04.005
   
2. Miyamoto D, Marshall W, Tononi G, Cirelli C (2021)
   "Net decrease in spine-surface GluA1-containing AMPA receptors after post-learning sleep in the adult mouse cortex."
   Nature Communications12(1): 2881
   
3. *Miyamoto D, Hirai D, *Murayama M (2017)
   "The roles of cortical slow waves in synaptic plasticity and memory consolidation."
   Frontiers in Neural Circuits11: 92
   * Corresponding author
   
4. Miyamoto D, Hirai D, Fung CCA, Inutsuka A, Odagawa M, Boehringer R, Adaikkan C, Matsubara C, Matsuki N, Fukai T, McHugh TJ, Yamanaka A, Murayama M (2016)
   "Top-Down Cortical Input during NREM Sleep Consolidates Perceptual Memory."
   Science(New York, NY). 352(6291):1315-8., 1315-8
   "First Release" in Science
   
5. Miyamoto D, Murayama M (2016)
   "The fiber-optic imaging and manipulation of neural activity during animal behavior."
   Neuroscience Research103: 1-9
   "Cover article" in Neuroscience Research.
   
6. Koyama R, Tao K, Sasaki T, Ichikawa J, Miyamoto D, Muramatsu R, Matsuki N, Ikegaya Y (2012)
   "GABAergic excitation after febrile seizures induces ectopic granule cells and adult epilepsy."
   Nature Medicine18(8): 1271-8
   Recommended in F1000 Prime, "News & Views" in Nature Medicine.
   
7. Shen H, Fuchino Y, Miyamoto D, Nomura H, Matsuki N (2012)
   "Vagus nerve stimulation enhances perforant path-CA3 synaptic transmission via the activation of beta-adrenergic receptors and the locus coeruleus."
   International Journal of Neuropsychopharmacology15(4): 523-30
   
   
8. Miyamoto D, Iijima M, Yamamoto H, Nomura H, Matsuki N (2011)
   "Behavioral effects of antidepressants are dependent and independent on the integrity of the dentate gyrus."
   International Journal of Neuropsychopharmacology14(7): 967-76
   Recommended in F1000 Prime
   

研究費

科研費等

民間助成金等

Presentation 学会発表

1. Miyamoto D (2019)"Synaptic AMPA receptor plasticity by motor learning and sleep." World Sleep Society 2019, Vancouver, Canada
2. Miyamoto D (2016)"Cortical systems and synaptic memory consolidation during sleep." Mizuseki lab, Osaka City Univercity, Osaka, Japan
3. Miyamoto D (2016)"Visualization of synaptic plasticity by learning and sleep." Ikegaya lab, The University of Tokyo, Tokyo, Japan
4. Miyamoto D(2015) "Cortico-cortical top-down inputs during NREM sleep consolidates tactile recognition memory." Cirelli and Tononi lab, University of Wisconsin-Madison, United States
5. Miyamoto D(2014) "Somatomotor circuits in tactile learning and memory consolidation during sleep." Froemke Lab, New York University
6. Miyamoto D(2014) "Somatomotor circuits in tactile learning and memory consolidation during sleep." Kepecs Lab, Cold Spring Harbor laboratory
7. Miyamoto D, Tsunematsu T, Yamanaka A, Matsuki N, Murayama M (2013) "Cortical neual activity during acute optogenetic sleep induction." 90th Physiological Society of Japan，Tokyo, Japan
8. Miyamoto D (2013)"Cortical neural activity during optogenetic sleep induction." Joint seminar of 3 societies for young researchers (Society for Young Researchers on Neuroscience, Young Researchers Society for Biochemistry, Society of Young Scientists in Biophysics), Tokyo，Japan

1. Miyamoto D(2020) "Downregulation of synaptic AMPA receptors during post-learning sleep in the adult mouse motor cortex." 43th The Japan Neuroscience Society, Kobe, Japan
   Main Organizer of the symposium "Multiscale functional morphology of sleeping brain"
2. Miyamoto D, Hirai D, Fung CCA, Inutsuka A, Odagawa M, Boehringer R, Adaikkan C, Matsubara C, Matsuki N, Fukai T, McHugh TJ, Yamanaka A, Murayama M (2017) "Cerebral cortex circuits for perceptual memory consolidation during sleep." 94th Physiological Society of Japan, Hamamatsu, Japan
3. Miyamoto D(2015) "Top-down cortical inputs during sleep consolidates perceptual memory." RIKN Brain Science Institute Brain Lunch, Wako, Japan
4. Miyamoto D(2014) "Development of an object-floor recognition test to evaluate tactile memory using somatomotor integration." Young Researcher of Physiology forum, Tokyo, Japan
5. Miyamoto D(2014)"The roles of somatomotor circuits in tactile learning." National Institute for Physiological Sciences seminar (Functional dynamics of synaptic and neural networks) Okazaki, Japan
6. Miyamoto D, Nomura H, Matsuki N (2011) "Common mechanisms of long-term plasticity induced by low-frequency or high-frequency stimulation." Hippocampus and higher brain function society, Kanazawa, Japan
7. Miyamoto D, Nomura H, Matsuki N (2011) "Triphasic pattern of stimulation frequency depenedent and NMDAR-dependent long-term plasticity." Young Researcher of Physiology forum, Tokyo, Japan
8. Miyamoto D, Nomura H, Matsuki N (2010), "Synaptic homeostasis in hippocampal dentate gyrus in vivo." Drug discovery and medical pharmacology symposium for the next generation, Kyoto, Japan

1. Hirai D, Miyamoto D, Oisi Y, Odagawa M, Matsubara C, Ueno K, Kenta Kobayashi, Hayashi-Takagi A, Murayama M (2019) "Dendritic mechanisms underlying perceptual memory consolidation during sleep." 42th The Japan Neuroscience Society, Niigata, Japan
2. Hirai D, Miyamoto D, Oisi Y, Odagawa M, Matsubara C, Ueno K, Kobayashi K, Hayashi-Takagi A, Murayama M (2019) "Corticocortical mechanisms underlying perceptual memory consolidation during NREM sleep." 9th Federation of the Asian and Oceanian Physiological Societies, Kobe, Japan
3. Hirai D, Miyamoto D, Oisi Y, Odagawa M, Matsubara C, Ueno K, Hayashi-Takagi A, Murayama M (2018) "Cortical mechanisms underlying perceptual memory consolidation during sleep." 41th The Japan Neuroscience Society, Kobe, Japan
4. Hirai D, Miyamoto D, Oisi Y, Odagawa M, Matsubara C, Ueno K, Hayashi-Takagi A, Murayama M (2018) "Cortical mechanisms underlying perceptual memory consolidation during NREM sleep." Joint symposium of 10th Optogenetics Research Conference and Second International Symposium on Brain Information Dynamics
5. Hirai D, Miyamoto D, Oisi Y, Odagawa M, Matsubara C, Ueno K, Hayashi-Takagi A, Murayama M (2018) "Cortical mechanisms underlying perceptual memory consolidation during NREM sleep." 95th Physiological Society of Japan, Takamatsu, Japan
6. Hirai D, Miyamoto D, Murayama M (2016)　"Neural mechanisms underlying perceptual memory consolidation in the cerebral cortex." 39th The Japan Neuroscience Society, Yokohama, Japan
7. Miyamoto D, Hirai D, Fung CCA, Inutsuka A, Odagawa M, Boehringer R, Adaikkan C, Matsubara C, Matsuki N, Fukai T, McHugh TJ, Yamanaka A, Murayama M (2016) "Top-down cortical input during NREM sleep consolidates perceptual memory." 41th Japan Society of Sleep Research, Tokyo, Japan
8. Miyamoto D, Fung CCA, Inutsuka A, Odagawa M, Boehringer R, Matsubara C, Matsuki N, McHugh TJ, Fukai T, Yamanaka A, Murayama M (2015) "Top-Down Cortical Input during Sleep Consolidates Perceptual Memory." Comprehensive Brain Science Network, Tokyo, Japan
9. Miyamoto D, Inutsuka A, Kamoshida A, Boehringer R, Odagawa M, Matsuki N, McHugh TJ, Yamanaka A, Murayama M (2015) "Cortico-cortical top-down pathways for tactile memory consolidation during NREM sleep." 45th Society for Neuroscience, Chicago, United States
10. Miyamoto D, Inutsuka A, Kamoshida A, Boehringer R, Odagawa M, Matsuki N, McHugh TJ, Yamanaka A, Murayama M (2015) "Cortico-cortical top-down inputs during slow wave sleep consolidate tactile recognition memory." 38th The Japan Neuroscience Society, Kobe, Japan
11. Miyamoto D, Inutsuka A, Kamoshida A, Boehringer R, Odagawa M, Matsuki N, McHugh TJ, Yamanaka A, Murayama M (2015) "Bottom-up vs top-down cortico-cortical processes for sensory recognition memory." Bridging Biomedical Worlds Conference, Tokyo, Japan
12. Miyamoto D, Inutsuka A, Kamoshida A, Boehringer R, Odagawa M, Matsuki N, McHugh TJ, Yamanaka A, Murayama M (2015) "Somatomotor integration for tactile learning." 92th Japan Physiological Society, Kobe, Japan
13. Miyamoto D, Inutsuka A, Kamoshida A, Boehringer R, Odagawa M, Matsuki N, McHugh TJ, Yamanaka A, Murayama M (2015) "Cortico-cortical top-down inputs during NREM sleep consolidate tactile memory." 15th winter workshop on "Mechanism of Brain and Mind", Hokkaido, Japan
14. Miyamoto D, Inutsuka A, Kamoshida A, Matsuki N, Yamanaka A, Murayama M (2014) "A novel object-floor recognition task for testing tactile memory with somatomotor integration in mice." 44th Society for Neuroscience, Washington, United States
15. Miyamoto D, Tsunematsu T, Yamanaka A, Matsuki N (2012) "Acute optogenetic silencing of orexin/hypocretin neurons repetitively induces slow-wave sleep in mice." Cell symposia: Neuromodulatory Mechanisms, New Orleans, United States
16. Miyamoto D, Tsunematsu T, Yamanaka A, Matsuki N, Murayama M (2012) "Cortical neural activity during optogenetic silencing of orexin neurons." 35th The Japan Neuroscience Society, Nagoya, Japan
17. Miyamoto D, Nomura H, Matsuki N (2011) "Low frequency stimulation induces perforant path-dentate gyrus synaptic potentiation." 34th The Japan Neuroscience Society, Yokohama, Japan
18. Miyamoto D, Nomura H, Matsuki N, (2011) "Synaptic input frequency modulates synaptic strength and beta wave of the dentate gyrus in vivo." The 11th Southeast Asian Western Pacific Regional Meeting of Pharmacologists, Yokohama, Japan
19. Nomura H,Miyamoto D, Iijima M, Matsuki N (2011) "Anxiolytic-like behavior in rats with dentate gyrus lesions." 2nd Congress of Asian College of Neuropsychopharmacology, Seoul, Korea
20. Miyamoto D, Nomura H, Matsuki N (2011) "Triphasic frequency-dependent pattern of NMDAR-dependent synaptic plasticity." The University of Tokyo LSN SYMPOSIUM 2011, Tokyo, Japan
21. Miyamoto D, Nomura H, Matsuki N (2010) "Synaptic input frequency modulates local field potential in the dentate gyrus in vivo." Synaptic plasticity as a basis of learning and memory, National Institute for Physiological Sciences seminar, Okazaki, Japan
22. Miyamoto D, Nomura H, Matsuki N (2010) "Synaptic input frequency dependent hippocampal synaptic strength comepensation in vivo." Society for Neuroscience, San Diego, United States
23. H Shen, Y Fuchino,Miyamoto D, Matsuki N, Nomura H (2010) "Vagus nerve stimulation enhances the PP-CA3 synaptic transmission through β-adrenergic receptor." Society for Neuroscience, San Diego, United States
24. H Shen, Y Fuchino,Miyamoto D, Matsuki N, Nomura H (2010) "Vagus nerve stimulation enhances the PP-CA3 synaptic transmission." 33th The Japan Neuroscience Society, Kobe, Japan
25. Miyamoto D, Nomura H, Matsuki N (2010) "Changes of synaptic input frequency in the dentate gyrus induce feedback regulation of synaptic strength in vivo." 33th The Japan Neuroscience Society, Kobe, Japan
26. Miyamoto D, Iijima M, Nomura H, Yamamoto H, Matsuki N (2009) "Colchicine-induced dentate granule cell loss has no effects on the behavioral effects of chronic antidepressants." 32th The Japan Neuroscience Society, Nagoya, Japan
27. Iijima M, Nomura H, Yamamoto H,Miyamoto D, Matsuki N (2009) "Behavioral effects of chronic antidepressants does not require the dentate granule cells." The Japanese Pharmacological Society, Yokohama, Japan