脳スライス組織・コンピュータ相互結合系のダイナミクス

脑切片组织/计算机互联系统动力学

基本信息

批准号：
12750394
负责人：
片山統裕
金额：
$ 1.41万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
财政年份：
2000
资助国家：
日本
起止时间：
2000 至 2001
项目状态：
已结题

项目摘要

動物のレム睡眠期や探索行動時の海馬脳波にみられるθ波は、記憶の固定や再生の機能と関連があると考えられている。また海馬θ波は、脳内の海馬と中隔の相互作用により発生・維持されていると考えられている。この系を模擬するために、海馬モジュール(ラット海馬スライス標本)と人工中隔モジュール(AD/DA変換器を備えたパーソナルコンピュータ、PC)との相互結合系を構築した。海馬スライス標本内の多数のニューロン活動を同時計測するために、従来、生体脳で用いられてきた多重電極テトロード法を改良し、マルチニューロン活動計測システムを構築した。人工中隔モジュールは、RTLinux V.2を導入したPCを用い、海馬θ波とBVP振動子との引き込み同期現象を利用した脳波信号のリアルタイム処理により、θ波の任意の位相で刺激パルスを発生できるように設計・開発した。海馬スライス標本にムスカリン受容体作動薬であるカルバコールを投与すると、約10分後に6Hz程度のθ波様振動現象(以下θ様活動)が約1分ごとに発生・消滅した。その際、テトロードにより複数のニューロンのスパイク活動を同時計測することに成功した。海馬スライスを人工中隔モジュールと結合し、θ様活動中に電気刺激を与えたが、位相シフトは明確にはみられなかった。ニューロン活動を解析した結果、θ様活動に先行して一過性に活動が高まるタイプ、θ活動と同期して1〜2発程度のスパイクを発生するタイプ、およびθ活動と同期したバースト活動を呈するタイプのニューロンが見出された。これらの発火パターンは、興味深いことに、動物の脳内θ波発生時の海馬ニューロンのそれと類似していた。この結果は、海馬スライス標本で観測されるθ波様活動が海馬θ波と共通した発生メカニズムを有している可能性を示唆するものである。

在REM睡眠期间，海马脑波中看到的热波被认为与记忆固定和再生的功能有关。还认为海马theta波是通过海马和大脑中的隔膜之间的相互作用产生和维持的。为了模拟该系统，在海马模块（大鼠海马样品样品）和一个人工隔离模块（个人计算机，配备AD/DA转换器的PC）之间构建了相互耦合系统。为了同时测量海马切片标本中的许多神经元活性，我们改善了在生物学大脑中用于构建多神经元活性测量系统的多电极四极方法。人工隔垫模块是使用安装了RTlinux v.2的PC设计和开发的，并通过使用HampocAmpalINCHOMENON现象在海马θ波和BVP振动器之间实时处理EEG信号来设计和开发，以在θ波的任何阶段进行刺激脉冲。当毒蕈碱受体激动剂卡尔巴乔尔（Carbachol）被施用到海马样品标本上时，大约6 Hz的θ样振荡现象（以下称为θ样活性）发生，大约每1分钟后每1分钟消失。目前，我们成功地使用四极管同时测量了多个神经元的尖峰活性。海马切片耦合到人造隔隔模块并在θ样活性期间进行电刺激，但未观察到清晰的相移。由于分析神经元活性，发现神经元在θ样活性之前的活性瞬时增加，这种类型与θ活性同步产生了约一到两个尖峰，并且表现出与θ活性同步的爆发活性。有趣的是，这些射击模式与在大脑神经造成动物中的海马神经元相似。该结果表明，在海马切片样品中观察到的θ波样活性可能具有带有海马θ波的共同产生机制。