理研,光を使った脳神経回路のトレースに成功

理化学研究所(理研)と福島県立医科大学は,光を使って霊長類の脳の神経回路をトレースする方法「opto-OISI」を開発した(ニュースリリース)。

単純な情報から認知に関わるような複雑な情報がどのように生み出されるかという問題は,脳研究全般の課題となっている。しかし,単純な情報を担う脳の領域から高次の認知に関わる脳の領域に,どのように情報が流れているかを可視化する一般的な手法はなかった。

今回,研究グループは,霊長類の脳の神経回路での情報処理の流れを動物が生きた状態のまま高い空間分解能でトレースする方法「opto-OISI」を開発し,視覚野の左右半球間の神経回路を可視化した。

この手法は,まず,ある脳の領域(ソースエリア)から他のある脳の領域(ターゲットエリア)へ情報が流れているとき,ソースエリア内の小さな領域の神経細胞を,光遺伝学的手法で光刺激により活性化させる。

そして赤色の光を脳に当て,その反射光の変化をカメラで記録することにより,脳表上の神経活動部位をマップする手法「光内因性信号イメージング」(OISI)で,ターゲットエリアに流れてきた信号を記録するというもの。これにより,光刺激場所とOISI記録部位から神経回路を同定することができる。

このとき,光刺激する場所ごとの信号をOISIで記録するので,同定する神経回路の数に制限はない。さらに,OISIの空間分解能はおよそ0.1mmであるため,MRIを用いた手法に比べ高い空間分解能で神経回路をトレースすることができる。

また,「opto-OISI」は,再現性良く神経回路をトレースできることが分かった。実験では,サルの初期視覚野の両半球間の神経回路に「opto-OISI」を適用し,同様の実験を後日行なった場合でも,別の個体での実験でも,再現性の良い結果が得られたという。これにより,これまでの解剖学研究では見つけられなかった詳細な神経回路を,動物が生きた状態のままマップすることに成功した。

研究グループは,今回の研究により脳の情報処理の流れを可視化できるため,これまで難しかった霊長類の脳機能が形作られるメカニズムの解明につながり,また,脳疾患において,神経回路を踏まえた上での診断や治療が可能になるので,医学への貢献も期待できるとしている。

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