企画名

参加教員

企画の概要, 実施期間・頻度

　受精卵から体が作られるとき、細胞はその形を変え（形態形成）、性質を変え（細胞分化）、そして自分の居場所を変えていく（細胞移動）。また近くや遠くの細胞と盛んに連絡をとり合う（細胞間相互作用やネットワーク形成）。このような変化を総称して細胞ダイナミクスと呼ぶ。本SGでは細胞ダイナミクスをテーマにして、その理解を深めるための分野をこえた議論を試みる。まずどのような細胞ダイナミクスがあるのかを観る。次にそのダイナミクスの理解を深めるための数理的アプローチを考える。メカノバイオロジー、神経ネットワーク、オシレーション（心拍、概日リズム、腸蠕動運動などの振動現象）などをキーワードにして、実験科学（Wet）と数理科学（dry）の融合による相乗効果を体感する。論文をじっくり読み込みながら、２−３週間に一度のペースで、教員と学生が一緒になって理解を深める。関連する研究者を外部より招へいし、また半期に一度は実習室で「本物」の胚と向き合う。学生同士の交流促進も進めたい。例えば本SGに属する院生が、自分の研究プロジェクトを学部生に平易な言葉で説明するなどして、学生間の「縦の」つながりを醸成したい。単位や成績はなし。議論しながら学問をする楽しさを求めたい。

説明会資料

4/28（金）のスタディグループ説明会資料はこちら
 

TA雇用の有無

TA/OA　原則なし
 

その他、特記事項など

可能な限り対面を予定
 

問い合わせ先

高橋 淑子 　yotayota＊develop.zool.kyoto-u.ac.jp
（＊を@に変えてください）
 

スタディグループへの登録は締め切りました。
関心のある方は macs ＊sci.kyoto-u.ac.jp（＊を@に変えてください）までご連絡ください。
 

活動報告

活動目的・内容

[活動目的]
多細胞生物でみられる細胞のダイナミクスをテーマとして、ダイナミクスを理解するための数理的アプローチについて考える。
[活動内容]
① クラゲの神経ネットワークに関する論文[1]と人工的な興奮細胞を用いたオシレーションに関する論文[2]を学部生・院生を中心に輪読し、実験データや用いられている修理手法について深く議論した。
　[1]Weissbourd, B. et al. (2021). A genetically tractable jellyfish model for systems and evolutionary neuroscience.
　[2] McNamara, H. et al. (2018). Geometry-Dependent Arrhythmias in Electrically Excitable Tissues.
② ①で読んだ論文と関連するような生命現象を、ニワトリ胚を用いて実際に自分たちの手で解剖し、自分たちの目で見て確かめる実習を実施した。発生過程における心臓の変化を観察したり、Ca2+インジケータを遺伝子導入して心臓の拍動中のCa2+の濃度ダイナミクスを体感したりした。また、論文で用いられていた数理モデルであるホジキンハクスレー方程式を自分たちの手でプログラミングして、様ざまな条件下でシミュレーションも行なった。
③ 外部講師を多数お呼びして、ご講演いただき生物科学と数理の分野横断の可能性を探った。
　・11/12近藤滋 教授 & Cheng Ming Chuong教授
　・12/25中川真一 教授
　・2/29 藤原裕展 博士、Nandan Nerurkar博士、吉田松生 教授、Miguel Torres教授、Yasmine Cantaut-Belarif 博士、Scott Gilbert 教授
④ 参加教員の方にご自身の研究内容や分野融合に対する考えをお話しいただき、学部生・院生と意見を交わした。

活動成果・自己評価

　① [1]の論文では「中枢神経をもたないクラゲはどのようにして複雑な行動を可能にしているのか」について、クラゲの神経活動を可視化し、実験データを説明するようにニューラルネットを用いたモデルの構築手法を学んだ。[2]の論文では、「幾何学的形状が電気シグナルの伝わり方にどのような影響を及ぼすのか」について、光で興奮を操作できる人工的な細胞を作り、ホジキンハクスレー方程式を用いてその活動の様子を再現する手法を学んだ。
② 専攻問わず全員が顕微鏡やピンセットを扱って解剖に取り組み、論文上では知り得ない実物の生命を体感できたと思う。またシミュレーションでは、パラメーターを変更して不応期を再現することもでき、シミュレーション実験の強みを感じることもできた。
③ 海外からのゲストを含めた多数の著名な先生達のお話は、学生たちの知的好奇心を刺激するものだった。最先端の研究やその研究者の考え方を深く知る良い機会となったと思う。
④ 参加教員がどのような研究をしているのか、特に専攻外だと全くわかっていないものだったが、別の学問領域であっても、何かしらの親和性を感じることができるという驚きがあった。最後には、融合研究を成功させるには各分野ごとの認識の違いが障壁となっているのではないかなど、有用性の高い融合研究を促進する方法について意見を交わす有意義な時間を創出できた。

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図1 実習
(a)実習の様子　(b)数学・数理解析専攻M2の近藤さんが取り出した水晶体　
(c)Ca2+インジケータを遺伝子導入した光る心臓(300msec毎に撮影)

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図2 ホジキンハクスレー方程式のシミュレーション
(a)神経の電気回路モデル　(Hodgkin & Huxley. A quantitative description of membrane current and its application to conduction and excitation in nerve.より改変)(b)ホジキンハクスレー方程式　(c)等間隔刺激(周期大)のシミュレーション結果　(d) 等間隔刺激(周期小)のシミュレーション結果　(e)ナトリウムイオン濃度を変化させた時のシミュレーション結果

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図3　講演
(a) Scott Gilbert 教授によるご講演(https://sci.kyoto-u.ac.jp/ja/academics/programs/macs/macs-seminar/2023/…)
(b) 稲葉真史助教授(生物科学専攻)による動物の模様に関するお話

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参加メンバー