生理研ら,光でサルの手を動かすことに成功

生理学研究所と東北大学の研究グループは,オプトジェネティクスでサルの手を動かすことに世界で初めて成功した(ニュースリリース)。

オプトジェネティクスは,光照射のオン/オフによって細胞の活動を制御する技術で,特定の細胞群や特定の神経経路のみに光で活性化する物質を発現させ,これらの活動を制御(興奮,あるいは抑制)する。この技術は脳の仕組みを研究する際にネズミなどで盛んに用いられている。ヒトの脳を理解するためにはサルにおいてもその活用が望まれているが,成功例は少なかった。

光で神経細胞の活動を操作するためには,まず光で活性化するチャネルロドプシンという物質を遺伝子導入により細胞に発現させる必要があるが,これまでの技術では,このチャネルロドプシンをサルの脳内で効率的に発現させることが困難だった。

そこで研究グループはチャネルロドプシンをサルの脳の神経細胞に効率良く発現させるため,サルに適したアデノ随伴ウイルスベクター探索を行なった。脳の大脳皮質運動野と呼ばれる領域は,体の運動をコントロールしており,電気刺激を加えると刺激の場所に応じて足・手・顔など体の一部にはっきりとした運動が生じる。

研究では,大脳皮質運動野のうち手の運動に関与する領域を正確に同定し,最適なウイルスベクターを投与した結果,周辺の神経細胞にチャネルロドプシンを発現させることに成功した。

次に,チャネルロドプシンが発現している神経細胞に光照射を行なうことで,実際に手の運動を引き起こすことができるのかを検証した。今回,神経細胞の活動を記録するための電極,光照射を行なうための光ファイバー,電気刺激を与えるための電極の3つが一体となった電極(オプトロード)を独自に作製した。

オプトロードを大脳皮質運動野に挿入し,チャネルロドプシンを発現している神経細胞に光を照射した。その結果,運動野の神経細胞を興奮させ,目で見て分かる明確な手の運動を起こすことに成功した。

また光照射と電気刺激とを比較した。オプトロードを用いて両者によって引き起こされる運動を詳細に比較したところ,光照射と電気刺激は,同じ筋肉に対して同程度に強い活動を生じさせることがわかった。すなわち,光刺激は電気刺激と比べて,遜色ない有効な刺激方法であることが確認できた。

オプトジェネティクスで霊長類の行動に影響を及ぼすことに成功した例は,眼球の運動に関する報告がいくつかあるだけだった。今回の成果はオプトジェネティクスの霊長類への適用の扉を開くものであり,光による脳深部刺激療法などヒトの病気治療への応用にもつながる可能性があるとしている。

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