ノンレム睡眠におけるガンマ波増強のメカニズムと機能的意義の解明

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申請課題は、ノンレム睡眠におけるガンマ波増強のメカニズムとその機能的意義の解明を目的としている。機能的意義の解明のために、光感受性の抑制性ポンプをドパミン神経細胞特異的に発現させたトランスジェニックマウスを使用し、ドパミン神経細胞の不活性化を介したガンマ波の誘導を試みた。その結果、光照射による介入が自然睡眠を妨げてしまうという問題が生じた。そこで、睡眠を妨げずに睡眠中の特定の脳波を増強する方法として徐波フィードバックシステムを構築した。そもそも、脳波は集合的な神経活動を反映しており、睡眠・覚醒といった意識状態と相関した応答を示す。例えば、脳波の中でも高振幅でゆっくりとした周波数成分(0.3-4 Hz)の波は徐波と呼ばれ眠気の強い時間帯に観察される。また、睡眠は環境の明暗と関連することが知られ、ヒトでは暗い環境で眠ることが多く、マウスでは明るい環境で眠ることが多い。このように、脳波、照度、睡眠との関連は種をこえて一般的な見解が得られている。しかしながら、ヒト以外の動物にとって環境の明るさを自在にコントロールすることは困難である。ヒトにおいても、睡眠要求を感じてから電気のスイッチを消すという「行動」が必要であり、脳波の変化に瞬時に対応した環境で生活が出来ているとは限らない。このような「行動」なしに脳波で環境を制御できたとしたら、認知機能や生理機能にどのような変化が見られるのか、検討した知見は存在しない。構築した徐波フィードバックシステムでは、マウス前頭前野の徐波の強度を基準にした照度変化を試みた。すなわち、徐波の強度が高くなったタイミングに環境を明るくすることで、マウスを円滑に睡眠状態へ誘導した。先行研究では、環境因子である光が主導的に作用することで概日リズムの位相変化を引き起こすことが示されている。今後は、脳波起因の照度変化が睡眠を誘導し、概日リズムをも調節する可能性を探る。