培養神経系モデルを用いた脳神経システムの機能化誘導技術の開発

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本研究の目的は,本来は自己組織的に生じる神経回路の機能形成を,能動的に誘導・制御するための基礎的指針を構築することである.複雑な大脳皮質の神経回路を対象とする前に,より単純なモデルである培養神経系を用いて同指針を確立する.主な研究成果を以下に述べる.a)培養神経細胞に高分解能な電気刺激を自在な空間パターンで与えるために,光導電性基板への光照射で仮想電極を形成できる光アドレス電極を開発した.分解能向上のために,光導電体には薄膜半導体を用い,低導電性の防水膜で電極表面を保護する手法を考案した.b)Digital micromirror deviceを用いたアドレス光照射系とカルシウムイメージングのための蛍光計測系とを組み合わせることで,光アドレス電極上の分散培養系に電気刺激を与え,誘発される神経活動を計測するための実験系を構築した.同実験系の空間分解能は,刺激・計測共に単一細胞レベルを達成し,局所的な神経回路の機能構造を調べるために有用である.c)光アドレス刺激による神経細胞群への入力パターンと,それで誘発される応答パターンを比較することで,局所回路中のシナプス伝達特性に顕著な非線形性が見られることがわかった.また,高周波数の光アドレス刺激を細胞凝集体に与えることで,可塑的な反応強度変化を誘発できた.これらの結果は,本研究で開発した手法が,培養神経系における機能構造の制御・調査に有用な研究手段であることを示している.