ニューロン電位活動の光学的マッピングによる脊髄神経回路網の機能的形成過程の追跡

1998 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 09680788
• Research Institution: Tokyo Medical and Dental University
• Principal Investigator: 佐藤 容子 東京医科歯科大学, 医学部, 講師 (70251501)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 佐藤 勝重 東京医科歯科大学, 医学部, 助手 (80291342)
• Keywords: 脊髄 / 光学的測定 / development / 神経回路 / 機能形成 / 画像イメージ

Research Abstract

ニューロン電位活動の光学的多チャネル測定法を用いて、鶏胚脊髄スライス標本内に脊髄神経刺激によって誘発されるニューロン活動を光学的シグナルとして検出した。昨年までに孵卵8日の腰髄レベルにおいて、順行性応答、逆行性応答を光学的シグナルとして捉えることに成功したが、本年度は、シグナルの空間的分布パターンを髄節間で比較し、頭尾方向の機能形成過程について検討を行った。
孵卵8日の頸膨大部C13、腰膨大部LS2、LS5の3髄節から作成したスライス標本において、脊髄神経の刺激によって誘発される光学的シグナルは、刺激側のventral hornおよびdorsal hornの二つの領域から検出された。この二つの応答領域で、シグナルはそれぞれ速いスパイク状の成分(fast-signal)とそれに続く時間経過の遅い成分(slow-signal)からなり、このうちslow-signalは、外液Ca^<2+>依存性や疲労現象などの特性からシナプス後電位であることが明らかとなった。一方fast-signalは、外液Ca^<2+>除去によって影響されず、テトロドトキシンによって消失することから、活動電位に相当するシグナルであることがわかった。脊髄の細胞構築との対応から、ventralのfast-signalは逆行性刺激によって運動神経細胞に生じた活動電位であり、slow-signalは感覚神経の順行性刺激によって引き起こされたものであることが示唆された。C13、LS5と比較してLS2ではシグナルの大きさが有意に小さかったが、これはC13、LS5のレベルにおけるニューロンの活動あるいはニューロンの数が、LS2に比べて大きいことを反映しているものと思われる。C13、LS2、LS5の3髄節において、dorsal hornとventral hornのシグナルの波形やその分布パターンには大きな違いは見られず、このことから孵卵8日という胚発生段階中期では脊髄スライス内神経応答には頭尾方向に沿った部位的勾配はないということがわかった。

Research Products

• [Publications] Momose-Sato, Y.: "Optical imaging of spatiotemporal patterning of neural responses in the embryonic chick superior cervical ganglion." Neuroscience. (in press). (1999)
• [Publications] Momose-Sato, Y.: "Optical identification of calcium-dependent action potentials transiently expressed in the embryonic rat brainstem." Neuroscience. (in press). (1999)
• [Publications] Arai, Y.: "Optical mapping of neural network activity in the chick spinal cord at an intermediate stage of embryonic development." Journal of Neurophysiology. (in press). (1999)
• [Publications] Sato, K.: "Optical mapping of neural responses in the embryonic rat brainstem with reference to the early functional organization of vagal nuclei." Journal of Neuroscience. 18. 1345-1362 (1998)
• [Publications] Momose-Sato, Y.: "GABA-induced intrinsic light-scattering changes associated with voltage-sensitive dye signals in embryonic brainstem slices : coupling of depolarization and cell shrinkage." Journal of Neurophysiology. 79. 2208-2217 (1998)
• [Publications] Sakai, T.: "Optical monitoring of synaptic transmission in bullfrog sympathetic ganglia using a voltage-sensitive dye." Neuroscience Letters. 242. 1-4 (1998)
• [Publications] 神野耕太郎: "ニューロン電位活動の光学的計測研究の進歩" 膜. 23. 186-195 (1998)
• [Publications] 新井嘉容: "光学的多チャネル計測法による脊髄神経回路形成の探索" 脊髄電気診断学. 20. 5-8 (1998)
• [Publications] 神野耕太郎: "膜電位感受性色素を用いた計測と解析法" 日本生理学雑誌. (in press). (1999)
• [Publications] Sato, K.: "Optical mapping of neural responses in the embryonic rat brainstem : early functional organization of vagal nuclei. In “Frontiers of Neural Development"" Springer-Verlag, Tokyo, 404-409 (1998)
• [Publications] 神野耕太郎: "「脳の科学」創刊号. 脳の機能発生/形成を光学的イメージングでとらえる." 星和書店, 59-65 (1998)
• [Publications] 佐藤勝重: "膜電位の光学的計測. non-RI分子生物学実験プロトコール" 羊土社(in press), (1999)