意識と無意識状態における脳内の情報伝播

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本研究では，視床・聴覚野を同時計測し，意識的な知覚に関わる神経活動の特徴を調べることを目的とした．当初の計画では，聴知覚を報告できるように，ラットにレバー操作を学習させ，意識にのぼった刺激と意識にのぼらなかった刺激に対する視床・聴覚野の神経活動を調べようと考えた．実際に，ラットが聴知覚を報告できるような行動実験系は構築できたが，視床・聴覚野を同時計測しながらの行動実験は，技術的な問題から実現できなかった．そこで，迷走神経刺激 (VNS) による視床・聴覚野の神経活動の変化を調べることにした．なお，VNSは，セロトニン系やノルアドレナリン系を賦活し，覚醒作用を含む広範な調整作用を及ぼすと考えられている．生理実験では，大脳皮質の平面方向と深さ方向の神経活動に加え，皮質と視床を同時計測した．視床の聴覚中枢の内側膝状体は，一次聴覚野から脳表に対して垂直に5 mm刺入すればアクセスできる．刺入型電極に加え，脳表の神経活動を計測する表面電極アレイの基板上に穴を設け，刺入型電極アレイを通すことで，聴覚野の３次元的な計測と聴覚野・視床の同時計測を実現した．VNSの刺激では，パルス幅が130 µs，電流値が0.5 mAの，2相性の電流パルスとした．この電流パルスを，5分ごとに，10 Hzの頻度で300回，すなわち30秒間提示して，迷走神経を刺激した．VNS中の音刺激は，5分間の休止時間に提示した．麻酔下のラットに対して，聴覚野・視床における音に対する反応をVNS作動中と非作動中とで比較した．その結果，皮質表層 (1～3層) での誘発反応は亢進したが，皮質深層 (5/6層)や視床ではVNSの効果は認められなかった．このような層特異的な反応は，VNSによる音の識別・検出機能の向上に関わると考えられる．