神経活動の光製御による脳機能マッピング法の開発

本研究の目的は、神経活動を光で制御する方法を開発し、この方法を利用して、動物の認知機能が脳内でどのように実装されているのかを解明することである。本研究では、新規に発見された光感受性の膜タンパク質channel-rhodopsinを活用した。この膜タンパク質に青色の光を照射すると、細胞膜に非選択的に陽イオンを通すチャンネルを開けることができ、この膜タンパク質を発現している細胞を瞬間的に興奮させることができる。本研究では、channel-rhodopsinを一部の神経細胞に発現するトランスジェニック・ラットの作製に成功した。続いて、この動物から作製した脳スライス標本を用いて、神経細胞を興奮させるのに必要十分な光刺激条件を絞り込んでいった。実験の結果、channel-rhodopsin発現細胞を興奮させるには、細胞体等の比較的膜面積の広い領域を刺激するのが効率良いことが分かった。また、光刺激によってchannel-rhodopsin発現細胞から生じる伝達物質放出には、温度依存性があり、生理的体温に近い温度で放出を起こさせるには、非常に強い強度の光刺激が必要となり、生体内(in vivo)で、脳に光刺激を送り込む場合には課題になることが明らかになった。本研究では、スライス標本で光刺激を用いたシナプス可塑性の誘導も試みた。通常の電気刺激では、刺激された神経線維と刺激されなかった神経線維を区別することが困難だが、本方式の場合は、channel-rhodopsinの有無で両者を区別できる。実験に使用した標本を固定した後、電子顕微鏡観察下でも、刺激を受けた神経線維を同定できるかどうかを検討している。

本研究の目的は、神経活動を光で制御する方法を開発し、この方法を利用して、動物の認知機能が脳内でどのように実装されているのかを解明することである。本研究では、新規に発見された光感受性の膜タンパク質channel-rhodopsinを活用した。この膜タンパク質に青色の光を照射すると、細胞膜に非選択的に陽イオンを通すチャンネルを開けることができ、この膜タンパク質を発現している細胞を瞬間的に興奮させることができる。本研究では、channel-rhodopsinを一部の神経細胞に発現するトランスジェニック・ラットの作製に成功した。続いて、この動物から作製した脳スライス標本を用いて、神経細胞を興奮させるのに必要十分な光刺激条件を絞り込んでいった。実験の結果、channel-rhodopsin発現細胞を興奮させるには、細胞体等の比較的膜面積の広い領域を刺激するのが効率良いことが分かった。また、光刺激によってchannel-rhodopsin発現細胞から生じる伝達物質放出には、温度依存性があり、生理的体温に近い温度で放出を起こさせるには、非常に強い強度の光刺激が必要となり、生体内(in vivo)で、脳に光刺激を送り込む場合には課題になることが明らかになった。本研究では、スライス標本で光刺激を用いたシナプス可塑性の誘導も試みた。通常の電気刺激では、刺激された神経線維と刺激されなかった神経線維を区別することが困難だが、本方式の場合は、channel-rhodopsinの有無で両者を区別できる。実験に使用した標本を固定した後、電子顕微鏡観察下でも、刺激を受けた神経線維を同定できるかどうかを検討している。