生きた個体における脳の活動を顕微鏡で画像化する脳活動イメージングは、脳機能を理解するための極めて強力な研究手法です。私たちは、実世界環境やバーチャルリアリティ環境で行動するマウスの脳活動をイメージングする最先端の実験手法を用いて、学習や社会性を支える脳のメカニズムを明らかにする研究を進めています。特に脳の深くを精緻に観察することのできる二光子レーザー顕微鏡を用いたイメージングや脳の広い領域の活動を観察することのできる広視野イメージング、および機械学習を用いたマウスの表情解析などを用いて、自閉スペクトラム症などの発達障害の背後にある神経回路機能の異常を理解する研究を進めています。詳しくは当分野のホームページをご覧ください。

研究・教育

　
 生後の発達や経験、学習によって脳の構造や機能が適応的に変化する「可塑性」は、脳がもつ最も驚くべき特徴の一つです。その基本メカニズムを明らかにし、得られた知見をヒトの脳機能の理解に生かすために、私たちは学習に伴う脳の神経回路の機能的な変化を明らかにする基礎研究に加えて、発達障害モデルマウスの脳機能の異常を明らかにする医学への応用研究を進めています。私たちはこれまでに、自閉スペクトラム症モデルマウスの脳活動イメージングにより、空間記憶に関わる脳領域の“脳内地図“の異常や、行動の切り替えに伴う大脳皮質ネットワークの機能的な障害を明らかにしてきました。今後は私たちのもつ技術と専門性を新しい生物顕微鏡の開発や発達障害の革新的治療薬の創出につなげていきたいと考えています。
 教育では、動物生理学や神経科学などの講義、学生実習、および卒業研究や大学院研究の研究指導を行います。国内外の第一線での研究で培った最先端の脳科学の知識と経験を学生たちに教授することに加え、研究の実践を通して課題発見力、問題解決力、英語や研究発表などのコミュニケーション能力を養成し、将来の産業界や学術界のリーダーとして活躍する人材を育成します。

研究課題

1. 先端的脳活動イメージングによる学習・社会性・発達障害のメカニズムの解明
2. バーチャルリアリティの認知メカニズム
3. 新規イメージング技術の開発

業績

1. Mizuta K, Sato M. Multiphoton imaging of hippocampal neural circuits: techniques and biological insights into region-, cell-type-, and pathway-specific functions. Neurophotonics. 11 (3): 033406 (2024)
2. Sato M, Nakai N, Fujima S, Choe KY, Takumi T. Social circuits and their dysfunction in autism spectrum disorder. Mol. Psychiatry. 28 (8): 3194-3206 (2023)
3. Nakai N, Sato M, Yamashita O, Sekine Y, Fu X, Nakai J, Zalesky A, Takumi T. Virtual reality-based real-time imaging reveals abnormal cortical dynamics during behavioral transitions in a mouse model of autism. Cell Rep. 42 (2): 112258 (2023)
4. Mizuta K, Nakai J, Hayashi Y, Sato M. Multiple coordinated cellular dynamics mediate CA1 map plasticity. Hippocampus 31 (3): 235-243 (2021)
5. Miura I, Sato M, Overton ETN, Kunori N, Nakai J, Kawamata T, Nakai N, Takumi T. Encoding of social exploration by neural ensembles in the insular cortex. PLOS Biol. 18 (9): e3000584 (2020)
6. Sato M, Mizuta K, Islam T, Kawano M, Sekine Y, Takekawa T, Gomez-Dominguez D, Schmidt A, Wolf F, Kim K, Yamakawa H, Ohkura M, Lee MG, Fukai T, Nakai J, Hayashi Y. Distinct mechanisms of over-representation of landmarks and rewards in the hippocampus. Cell Rep. 32 (1): 107864 (2020)
7. Sato M, Motegi Y, Yagi S, Gengyo-Ando K, Ohkura M, Nakai J. Fast varifocal two-photon microendoscope for imaging neuronal activity in the deep brain. Biomed Opt Express. 8 (9): 4049-4060 (2017)
8. Sato M, Kawano M, Mizuta K, Islam T, Lee MG, Hayashi Y. Hippocampus-dependent goal localization by head-fixed mice in virtual reality. eNeuro. 4 (3): e0369-16.2017 (2017)
9. Sato M, Stryker MP. Genomic imprinting of experience-dependent cortical plasticity by the ubiquitin ligase gene Ube3a. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 107 (12): 5611-5616 (2010)
10. Sato M, Stryker MP. Distinctive features of adult ocular dominance plasticity. J. Neurosci. 28 (41): 10278-10286 (2008)

研究室