記憶想起のトップダウン信号 : 新開発MRI分子プローブによる起源の同定と機能の解明

本研究では、脳の特定部位の神経活動を人為的に制御した際に他の脳部位の神経活動に現れる影響を観察することでその部位間の機能的関係を明らかにし、全脳的な機能的相互作用に基づく記憶想起のメカニズムを解明することを目指している。2011年度は、神経活動を高速かつ可逆的に制御できる光遺伝学的手法のサルの脳への適用に取り組んだ。まず試験的にラット小脳へこの手法を適用することで血液循環機能を双方向性に高い時間分解能で光制御出来ることに成功し、動物個体レベルでの光制御のための条件を検討することができた。サル脳深部の標的部位にウイルスベクターを注入し遺伝子導入するために、小型脳定位精密注入システムを開発した。また、昨年度ラット用として開発を始めた低侵襲性オプトロードをサル脳深部用へと発展させ、より高効率な光入出力が可能な新型に改良した。これらを総合的に動員した結果、サル脳の標的部位に光遺伝学的遺伝子を導入し、蛍光測定により動物生存中に遺伝子発現をモニタリングしながら、神経活動を光制御することを実現した。さらに、MRIで生理機能を解析するための手法として細胞内部に導入可能なMRI分子プローブの開発を進め、蛍光撮影とMRI撮像によるin vivo dual modality molecular imagingにより、マウス生体内において分子プローブの時空間動態を可視化することにも成功した。このように、本年度は、脳機能の制御および観察のための複合的手法を整え、サルを用いて記憶想起神経回路の動作原理の解明を目指す上で必要なステップを着実に進めることができた。これらは異なる研究目的にも応用可能な基幹的な研究成果であり、学会および論文にて発表した(第13項参照)。

本研究では、脳の特定部位の神経活動を人為的に制御した際に他の脳部位の神経活動に現れる影響を観察することでその部位間の機能的関係を明らかにし、全脳的な機能的相互作用に基づく記憶想起のメカニズムを解明することを目指している。2011年度は、神経活動を高速かつ可逆的に制御できる光遺伝学的手法のサルの脳への適用に取り組んだ。まず試験的にラット小脳へこの手法を適用することで血液循環機能を双方向性に高い時間分解能で光制御出来ることに成功し、動物個体レベルでの光制御のための条件を検討することができた。サル脳深部の標的部位にウイルスベクターを注入し遺伝子導入するために、小型脳定位精密注入システムを開発した。また、昨年度ラット用として開発を始めた低侵襲性オプトロードをサル脳深部用へと発展させ、より高効率な光入出力が可能な新型に改良した。これらを総合的に動員した結果、サル脳の標的部位に光遺伝学的遺伝子を導入し、蛍光測定により動物生存中に遺伝子発現をモニタリングしながら、神経活動を光制御することを実現した。さらに、MRIで生理機能を解析するための手法として細胞内部に導入可能なMRI分子プローブの開発を進め、蛍光撮影とMRI撮像によるin vivo dual modality molecular imagingにより、マウス生体内において分子プローブの時空間動態を可視化することにも成功した。このように、本年度は、脳機能の制御および観察のための複合的手法を整え、サルを用いて記憶想起神経回路の動作原理の解明を目指す上で必要なステップを着実に進めることができた。これらは異なる研究目的にも応用可能な基幹的な研究成果であり、学会および論文にて発表した(第13項参照)。