マウスの感覚機能補償にともなう神経活動と血流動態の適応機序に関する研究

• Project/Area Number: 25460280
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Research Field: General physiology
• Research Institution: Iwate University
• Principal Investigator: 松浦 哲也 岩手大学, 工学部, 准教授 (30361041)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 田桑 弘之 独立行政法人放射線医学総合研究所, 分子イメージング研究センター, 研究員 (40508347) ; 坂田 和実 岩手大学, 工学部, 助教 (80261163)
• Project Period (FY): 2013 – 2015
• Project Status: Discontinued (Fiscal Year 2015)
• Budget Amount: ¥5,070,000 (Direct Cost: ¥3,900,000、Indirect Cost: ¥1,170,000); Fiscal Year 2015: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000); Fiscal Year 2014: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000); Fiscal Year 2013: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
• Keywords: 微小循環 / 機能補償 / マウス / 生体光イメージング / 可塑的変化 / 脳微小循環 / バレル野 / ニューロン活動

Outline of Annual Research Achievements

脳神経活動が生じることによるエネルギー代謝と、その消費エネルギーを補うための脳血流調節は、神経・グリア・血管が密接な相互関係により成り立っている。このような神経活動に伴う血流調節機序を神経血管カップリングと呼ぶ。この神経血管カップリングが、脳内の環境変化に伴いどのような可塑的な性質を示すかを明らかにすることが本研究の目的である。特に、感覚入力を人為的に除去することによる脳機能の可塑的な変化に焦点をあてて、マウスを用いた生体光イメージング技術を用いながら測定を行った。
初年度は、神経活動と酸素代謝、脳血流動態を評価するための光生体イメージング実験の立ち上げを行った。特に小動物から脳循環代謝機能を生体光イメージングで画像化する新たなイメージング装置を開発に成功した。さらに開発した測定システムについて動物実験を用いた評価を行い、測定値の安定性を確認した。また、フラビン蛍光イメージングによる脳機能評価をさらに高精度で行うための画像補正法の開発も行った。
次年度は、初年度から続けていた脳機能測定の新規画像補正法の開発に成功した。現在、本研究への応用を進めている。また初年度に開発した脳循環代謝機能の生体光イメージング装置を用いて、感覚除去後の脳機能の経時変化を明らかにした。また、二光子励起レーザー顕微鏡を用いて感覚除去前後における動脈や静脈や毛細血管などの個々の血管機能の評価を行い、特に動脈における機能的回復を確認した、現在、神経活動のカルシウムイメージング技術を用いて感覚除去前後での神経活動の機能的変化を評価している。本研究により感覚入力の変化に伴う脳機能の可塑的メカニズムについてその一部を明らかにすることができた。これらの研究成果は、リハビリテーションの基礎的な生理メカニズムを明らかにするだけではなく、現在発展が著しい再生医療などによる脳機能再生メカニズムの基盤的な知見になると考える。

Research Products

• [Journal Article] Development of new optical imaging systems of oxygen metabolism and simultaneous measurement in hemodynamic changes using awake mice (2014)
  • Author(s): Takuwa H, Matsuura T, Nishino A, Sakata K, Tajima Y, Ito H
  • Journal Title: Journal of neuroscience methods Volume: 30 Pages: 9-15
  • DOI: 10.1016/j.jneumeth.2014.08.022
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Cerebral hemodynamic response to acute hyperoxia in awake mice (2014)
  • Author(s): Yosuke Tajima, Hiroyuki Takuwa, Asuka Nishino, Tetsuya Matsuura, Hiroshi Kawaguchi, Yoko Ikoma, Junko Taniguchi, Chie Seki, Kazuto Masamoto, Iwao Kanno, Naokatsu Saeki, Hiroshi Ito
  • Journal Title: Brain Research Volume: 1557 Pages: 155-163
  • DOI: 10.1016/j.brainres.2014.01.053
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Reduction of the chronic stress response by inhalation of hiba (Thujopsis dolabrata) essential oil in rats (2014)
  • Author(s): Tetsuya Matsuura, Takuya Yamaguchi, Youhei Zaike, Kousei Yanagihara, Mitsuyuki Ichinose
  • Journal Title: Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry Volume: 印刷中 Issue: 7 Pages: 1135-1139
  • DOI: 10.1080/09168451.2014.918492
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] “Hemodynamic changes during neural deactivation in awake mice: A measurement by laser-Doppler flowmetry in crossed cerebellar diaschisis.” (2013)
  • Author(s): Takuwa H, Tajima Y, Kokuryo D, Matsuura T, Kawaguchi H, Masamoto K, Taniguchi J, Ikoma Y, Seki C, Aoki I, Tomita Y, Suzuki N, Kanno I, ItoH.
  • Journal Title: Brain Res. Volume: 1537 Pages: 350-355
  • DOI: 10.1016/j.brainres.2013.09.023
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 覚醒マウスを用いた脳循環動態および酸素代謝の光イメージングシステムの構築 (2014)
  • Author(s): 西野明日香, 田桑弘之, 松浦哲也, 坂田和実, 田島祐介, 伊藤浩
  • Organizer: 第26回日本脳循環代謝学会
  • Place of Presentation: 岡山市(岡山コンベンションセンター)
  • Year and Date: 2014-11-21 – 2014-11-22
• [Presentation] Development of newly optical imaging systems of simultaneous measurement of changes in cerebral oxygen metabolism and hemodynamics by awake-mice (2014)
  • Author(s): T Matsuura, H Takuwa, A Nishino, K Sakata, Y Tajima, H Ito
  • Organizer: NEUROSCIENCE 2014
  • Place of Presentation: アメリカ(ワシントンD.C.)
  • Year and Date: 2014-11-15 – 2014-11-19
  • Description: (ポスター発表)
• [Presentation] 覚醒マウスの脳機能におけるマルチモダルイメージング (2014)
  • Author(s): 田桑弘之, 松浦哲也, 川口拓之, 伊藤浩
  • Organizer: 日本光学会
  • Place of Presentation: 東京(筑波大学)
  • Year and Date: 2014-11-05 – 2014-11-07
  • Invited
• [Presentation] Development of a microscope/PET simultaneous measurement system for awake mice (2014)
  • Author(s): 田桑弘之
  • Organizer: World molecular imaging congress
  • Place of Presentation: 韓国(ソウル)
  • Year and Date: 2014-09-17 – 2014-09-20
  • Description: (口頭発表)
• [Presentation] 覚醒マウスにおける脳表イメージングシステムの構築 (2014)
  • Author(s): 松浦哲也, 田桑弘之, 西野明日香, 坂田和実, 伊藤浩
  • Organizer: 第85回日本動物学会
  • Place of Presentation: 仙台市(東北大学)
  • Year and Date: 2014-09-11 – 2014-09-13
• [Presentation] Newly optical imaging systems of change in oxygen metabolism and hemodynamic using awake mice brain (2014)
  • Author(s): 田桑弘之, 西野明日香, 松浦哲也, 坂田和実, 田島祐介, 伊藤浩
  • Organizer: 第37回日本神経科学学会
  • Place of Presentation: 横浜(パシフィコ横浜)
  • Year and Date: 2014-09-11 – 2014-09-13
• [Presentation] 覚醒マウスを用いた新たな脳表イメージングシステムの開発 (2014)
  • Author(s): 松浦哲也, 田桑弘之, 西野明日香, 坂田和実, 伊藤浩
  • Organizer: 日本動物学平成26年度東北支部大会
  • Place of Presentation: 盛岡市(岩手大学)
  • Year and Date: 2014-07-12 – 2014-07-13
  • Description: (口頭発表)
• [Presentation] ヒバ精油によるラット拘束ストレスの緩和 (2014)
  • Author(s): 松浦哲也, 山口卓也, 在家陽平, 柳原康成, 一ノ瀬充行
  • Organizer: 第61回日本実験動物学会総会
  • Place of Presentation: 札幌コンベンションセンター（札幌市）
• [Presentation] HEMODYNAMIC CHANGES DURING WHISKER STIMULATION IN AWAKE AND ANESTHETIZED MICE EXAMINED BY LASER-DOPPLER FLOWMETRY (2013)
  • Author(s): Tetsuya Matsuura, Hiroyuki Takuwa, Takayuki Obata, Hiroshi Kawaguchi, Iwao Kanno, and Hiroshi Ito
  • Organizer: The XXVIth International Symposium on Cerebral Blood Flow, Metabolism and Function & XIth International Conference on Quantification of Brain Function with PET
  • Place of Presentation: Shanghai International Convention Center, Shanghai, China
• [Presentation] 覚醒マウス脳表における神経活動および脳血流変化の同時計測システムの構築
  • Author(s): 田桑弘之, 西野明日香, 川口拓之, 正本和人, 松浦哲也, 菅野巖, 伊藤浩
  • Organizer: レーザー学会第452回研究会（ニューロフォトニクス）
  • Place of Presentation: ホテルグランドヒル市ヶ谷（東京都）