In-vivo label-free visualization of intercellular cooperative interactions for electroencephalogram

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生物はなぜ眠らなければならないのか？「眠気」の分子実態は何か？本研究では、現代神経科学最大の謎の一つである睡眠のメカニズムおよび作用を明らかにするために、個々のニューロンの発火現象（ミクロ）と脳波（マクロ）、そして個体（システム）という階層構造に着目する。線虫やマウスなど複数のモデル生物を対象とし、標識無しで膜電位を可視化することのできる新規分子機能イメージング手法を開発・適用することで①個々のニューロンの発火パターンや分子の挙動は睡眠時どうなっているのか？②脳波のコヒーレンス（時空間相関）の起源は何か？そして③それらをつなぐ細胞間協同作用は何か？という点にフォーカスして、「眠気」を細胞間協同作用（マクロ）レベルで明らかにすることを目標に研究を行っている。2年目となる本年度は、初年度に導入した光源を用いた非線形ラマン散乱(coherent anti-Stokes Raman scattering; CARS)顕微鏡を立ち上げた。レーザー光のビーム径およびダイバージェンスの最適化を行うことで、空間分解能の向上を実現した培養生細胞のCARSイメージングを行うことに成功した。また同一視野で明るい蛍光画像の取得ができるよう光学系の工夫も施した。さらに、標識無しで膜電位を可視化する新規分子イメージング手法の構築を目指して、新たに電気生理の装置を導入した。培養細胞に本手法を適用することで、非線形ラマン散乱顕微鏡下での膜電位操作・測定が可能になった。これに加え、「睡眠恒常性」のメカニズム解明につながる知見が、線虫を用いた研究分担者の研究で見出された。また、体の疲れがどのようにして睡眠を引き起こすのか、という仕組みに関する知見が、線虫とマウスを用いた研究分担者の研究で見出された。