1. 海馬と空間ナビゲーションの神経機構

• 概要：海馬が目標指向型の空間ナビゲーションにおいてどのように機能するかを探求しています。モデル動物のラットやマウスだけではなく、渡り鳥、サケ科魚類、ウミガメをも対象にしています。最近では、渡り鳥の海馬に磁気コンパスのように北方位を好む頭方位細胞を発見しました。

• 関連文献：Takahashi, S., Sawatani, F., Ide, K. (2024). "Emergence of the Hippocampus as a Vector for Goal-Directed Spatial Navigation", Advances in Neurobiology, Vol.41, pp. 39-61.

• Takahashi, S., Hombe, T., Matsumoto, S., Ide, K., Yoda, K., “Head direction cells in a migratory bird prefer north”, Science Advances, 8, eabl6848, 2022.

• Takahashi, S., "The Hippocampal Ensemble Code for Spatial Navigation and Episodic Memory",  Advances in Neurobiology, Vol.21 (Systems Neuroscience), pp. 49-70, 2018 (Springer Nature).

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2. 場所細胞とエピソード記憶の神経基盤

• 概要：海馬の場所細胞の活動がエピソード記憶の形成や想起にどのように関与するかを研究しています。いつ、どこで、何を、どのようにしてという出来事に関連したエピソード記憶を対象にしているため、空間だけではなく、時間も研究対象にしています。

• 関連文献：

• Tamatsu, Y., Azechi, H., Takahashi, R., Sawatani, F.,  Ide, K., Fujiyama, F., Takahashi, S., "Optogenetic activation of the VTA-hippocampal pathway facilitates rapid adaptation to changes in spatial goals”, iScience, 26, 108536, 2023.

• Sawatani, F., Ide, K., Takahashi, S., “The neural representation of time distributed across multiple brain regions differs between implicit and explicit time demands”, Neurobiology of Learning and Memory, 199, 107731, 2023.

• Takahashi, S., “Episodic-like memory trace in awake replay of hippocampal place cell activity sequences”, eLife Vol. 4 e08105, 2015.

• Takahashi, S., Hierarchical organization of context in the hippocampal episodic code, eLife, doi: 10.7554/eLife.00321, 2:e00321, 1-17, 2013.

• Takahashi, S., and Sakurai, Y. Sub-millisecond firing synchrony of closely neighboring pyramidal neurons in hippocampal CA1 of rats during delayed non-matching to sample task, Frontiers in Neural Circuits, 3:9, 2009. 

• Takahashi, S., and Sakurai, Y. Information in small neuronal ensemble activity in the hippocampal CA1 during delayed non-matching to sample performance in rats, BMC Neuroscience, 10:115, 2009.​​

• Takahashi, S., and Sakurai, Y. Coding of spatial information by soma and dendrite of pyramidal cells in the hippocampal CA1 of behaving rats, European Journal of Neuroscience, 26(7), 2033-2045, 2007. 

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3. 環境介入法の開発

• 概要：脳神経活動と行動の関係性を理解するためには、動物行動や周辺環境への様々な介入操作が必要になります。我々の研究室では独自の環境介入法である再構成可能な迷路を開発・活用しています。

• 関連文献：

• Sawatani, F., Tamatsu, Y.,  Ide, K., Azechi, H., Takahashi, S., “Utilizing a Reconfigurable Maze System to Enhance the Reproducibility of Spatial Navigation Tests in Rodents”, Journal of Visualized Experiments, 190, e64754, 2022.

• Hoshino, S., Takahashi, R, Mieno, K., Tamatsu, Y., Azechi, H., Ide, K., Takahashi, S., "The reconfigurable maze provides flexible, scalable, reproducible and repeatable tests", iScience, Volume 23, Issue 1, 2020. DOI:https://doi.org/10.1016/j.isci.2019.100787.

 

4. 解析手法の開発

• 概要：神経細胞活動や動物行動を解析する方法は日々進化していますが、最近のAI技術を取り込むことでこれまでに解析することが難しかった現象をとらえることが可能になります。我々の研究室では、独立成分分析（ICA）を用いたマルチニューロン活動の解析手法、多個体の姿勢を追跡する手法、深層学習を活用した動物行動の特徴抽出・比較法の開発をしています。

• Azechi, H., & Takahashi, S., “vmTracking enables highly accurate multi-animal pose tracking in crowded environments”, PLoS Biology, 23(2):e3003002, 2025. https://doi.org/10.1371/journal.pbio.3003002

• Maekawa, T., Higashide, D., Hara, T., Matsumura, K., Ide, K., Miyatake, T., Kimura, K., Takahashi, S., "Cross-species Behavior Analysis with Attention-based Domain-adversarial Deep Neural Networks", Nature Communications, 12, 5519, 2021.

• Maekawa, T., Ohara, K., Zhang, Y., Fukutomi, M., Matsumoto, S., Matsumura, K., Shidara, H., Yamazaki, S., Fujisawa, R., Ide, K., Nagaya, N., Yamazaki, K., Koike, S., Miyatake, T., Kimura, K., Ogawa, H., Takahashi, S., Yoda, K., "Deep Learning-assisted Comparative Analysis of Animal Trajectories with DeepHL", Nature Communications, 11, 5316, 2020.

• Takahashi, S., and Sakurai, Y. Real-time and automatic sorting of multi-neuronal activity for sub-millisecond neuronal interactions in vivo. Neuroscience, 134, 301-315, 2005.

• Takahashi, S., Anzai, Y. and Sakurai, Y. Automatic sorting for multi-neuronal activity recorded with tetrodes in the presence of overlapping spikes, Journal of Neurophysiology, 89, 2245-2258, 2003.

• Takahashi, S., Anzai, Y. and Sakurai, Y. Classification of neuronal activities from tetrode recordings using independent component analysis, Neurocomputing, 49, 289-298, 2002.

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5. 計測手法の開発

• 概要：脳神経活動の計測手法も開発しています。ニューロロガーと呼ばれる、無線で脳神経細胞の活動を大量に計測する手法も開発しています。大規模に神経細胞活動を記録する電極であるNeuropixels probeなどと組み合わせ、我々の研究に活用しています。 

• Takahashi, S., Sawatani, F., Ide, K., Abe T.K., Kitagawa, T., Makiguchi, Y., “Mapping Spatial Memory in Teleosts: A New Frontier in Neural Logging Techniques”, Frontiers in Physiology, Volume 15, 2024.  doi: 10.3389/fphys.2024.1499058.

• Ide, K., Takahashi, S., “A Review of Neurologgers for Extracellular Recording of Neuronal Activity in the Brain of Freely Behaving Wild Animals”, Micromachines, 13(9):1529., 2022.

• Takahashi, S. Hombe, T., Takahashi, R., Ide, K., Okamoto S., Yoda, K., Kitagawa, T., Makiguchi, Y., "Wireless logging of extracellular neuronal activity in the telencephalon of free-swimming salmonids", Animal Biotelemetry, 9:9, 2021.