阪大ら,ワイヤレスな脳活動計測技術を開発

大阪大学,東北大学,理化学研究所らは,細胞の電気シグナル(脱分極)に応答し,自身の発光色を水色から黄緑色へ変化させる「生物発光膜電位センサーLOTUS-V」を利用した新規脳活動計測法の開発に成功した(ニュースリリース)。

ヒトの脳の中には,1000億個以上の神経細胞が存在し,それらが複雑なネットワークを形成している。神経細胞どうしは,互いに電気シグナルを介して情報の受け渡しを行なっており,その正確な情報処理が,認知や行動を司る脳機能の成立に重要となる。

モデル動物を用いた実験において,この電気的活動はこれまで電極や蛍光イメージングを用いて計測されてきたが,計測のために電極・ファイバーを脳に挿入し,さらにケーブルをつないで記録装置へと接続する必要があった。

そのため,特に複数動物の同時計測においては,ケーブルが絡まってしまい計測そのものが行なえないといった問題があった。一方,特に社会性行動などの精神疾患関連の研究分野では,ケーブルによるストレスが問題視され,ケーブルを用いないワイヤレス計測手法の必要性が以前より議論されている。

今回研究グループが開発したLOTUS-Vは,神経活動に応じてその発光色を変化させることを利用して,ミリ秒単位で変化する脳活動の計測ができる。生物発光を利用することで,夜にホタルの光を撮影するように,LOTUS-Vの色の変化を離れた場所からでも検出できる。このワイヤレスなライブ脳活動計測技術により,自由行動中の複数マウスからの同時計測が可能になった。

そして,この計測法を用いて実際にマウスが他のマウスと接触する際の脳活動を観察したところ,一次視覚野(動物の視覚に関する情報を処理している脳領域。例えばパターン認識などに重要な役割を持つことが知られる)の神経活動が接触に応じて優位に上昇することを世界で初めて発見できたという。

研究グループは,今回の研究の成果が,未知の脳機能を発見する手段として有用であり,特に,これまで研究が困難であった,複数動物間のコミュニケーションなどの社会性行動を司る脳機能の解明,そして関連する自閉症スペクトラムや対人恐怖症などの精神疾患の研究・治療への貢献が期待できるとしている。

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