Development of new non-invasive brain neural circuit imaging: analysis of Fast Intrinsic Optical Signal (FIOS)

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脳の高次機能・病態の理解には神経回路全体としての動作の解明が必須である。研究代表者は、これまで膜電位感受性色素(VSD)を用いた神経回路活動ダイナミクスの可視化法に携わってきた。蓄積した光計測手法のノウハウを生かし、新たな高速で膜電位応答に近い内因性シグナル(Fast Intrinsic Optical Signal; FIOS)を見出した。本研究ではこのFIOSを用いて新規の非侵襲的な脳神経活動の計測・解析手法を構築することを目的として研究を進めてきた。VSDのような化学物質による負荷のない、非侵襲の光計測法を開発することで、光学計測の適用範囲を広げ治療薬の開発などの道をひろげたい。 現在までに、特に実績のある齧歯類の海馬脳スライスを用いたVSD実験データを利用してデータ解析・評価方法を検討し、解析用プログラムの開発を重ね、病態モデルマウス、抗てんかん薬や環境ホルモン等に曝露した脳スライスなどを用いた計測において、コントロールマウスと比較して神経回路内のどの部分にどのような変化がおきているのか、評価を行ってきた。本研究成果については、国内学会(Neuro2022他計8件)、国際学会(Neuroscience 2022他計3件)で発表をおこない、論文として「Stable wide-field voltage imaging for observing neuronal plasticity at the neuronal network level. Biophysics and Physicobiology. (2023)」他、計３本を発表した。2023年度も第46回日本神経科学大会での発表を予定しており、引き続きVSDと同様の計測をFIOSで行なってデータを積み重ね、VSD負荷のないFIOS光計測で神経回路全体の計測・解析・評価を行い、治療薬の開発などに寄与していく。