内因性光学シグナル計測法のヒト脳皮質活動モニタリングへの適用

1998 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 09878187
• Research Institution: Tokyo Medical and Dental University
• Principal Investigator: 神野 耕太郎 東京医科歯科大学, 医学部, 教授 (40025630)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 高田 義章 東京医科歯科大学, 医学部, 助手 (00216665) ; 平川 公義 東京医科歯科大学, 医学部, 教授 (00010166) ; 佐藤 勝重 東京医科歯科大学, 医学部, 助手 (80291342) ; 佐藤 容子 東京医科歯科大学, 医学部, 講師 (70251501)
• Keywords: 内因性光学的シグナル / 脳皮質 / 非侵襲測定 / 脳機能マッピング / whisker barrel / 画像イメージ

Research Abstract

脳皮質のニューロンが電気的に活動するとき、これに光を照射すると内因性の光学的変化が記録される。したがって、逆に内因性の光学的変化を捉えることによって脳皮質の電気活動をモニターできることになる。本研究は、このような内因性光学シグナル計測法をヒト脳皮質へ適用することを目的として計画された。本年度は、昨年度に引き続き、ヒト脳皮質への応用に向けての予備実験として、ラット体性感覚野を用いて、測定方法の最適化について検討した。
麻酔下にラットの頭蓋骨を歯科ドリルで開頭し、体性感覚野を露出した。脳表面に干渉フィルターを通した光を照射し、whisker刺激によって得られる内因性の光学シグナルを、光量差差分増幅装置(IMAGER 2001)で増幅し、機能南barrel構造の画像イメージングを行った。
昨年度は、測定条件の検討に重点を置いて解析を行ったが、本年度は、得られた画像イメージの評価法の確立を行った。同一の測定条件下で、whisker刺激に対するニューロン応答パターンを繰り返し測定すると、barrel応答のパターンは固定的なものではなく、trial-to-trial variationsがみられることを見出した。この非再現性現象は、皮質内におけるニューロン活動パターンが完全に固定されたものではなく、ある範囲内での自由度を持っていることを示唆している。この結果から、皮質領域内におけるニューロン活動を解析しようとする場合には、一回の測定では不十分で、数回のくり返し測定を行ってその全体像を検討する必要があることが明らかとなった。現在の測定システムではこれに数時間を要し、この点はヒト脳皮質への適用に際して問題となる点の一つと思われる。昨年度の解析におけるチェンバーとシリコンオイルの使用など、ヒトへの応用に際して解決を要するいくつかの問題点について今後検討を行うとともに、引き続き臨床サイドの受け入れ体制の充実をはかっていく予定である。

Research Products

• [Publications] Momose-Sato,Y.: "Optical imaging 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] Sakai,T.: "A regional gradient of cardiac intrinsic rhythmicity depicted in embryonic cultured multiple hearts." European Journal of Physiology. 437. 61-69 (1998)
• [Publications] 神野耕太郎: "心臓の発生と調律の発現." Japanese Journal of Electrocardiology. 18. S2・32-S2・54 (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)