ニューロン活動の光学計測/画像化による脊髄神経再生に伴う異常知覚発生機構の解析

2000 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 11671422
• Research Institution: Tokyo Medical and Dental University
• Principal Investigator: 佐藤 容子 東京医科歯科大学, 大学院・医歯学総合研究科, 講師 (70251501)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 佐藤 勝重 東京医科歯科大学, 大学院・医歯学総合研究科, 助手 (80291342)
• Keywords: 脊髄 / 光学的計測法 / イメージング / 神経回路 / development / ラット / 機能形成

Research Abstract

末梢神経切断に伴う再生過程において、脊髄神経のシナプス結合パターンは成熟型から幼若型へと変化すると考えられている。同様の可塑的変化は、受容体レベルでも起こることが示唆されており、このような細胞レベル、システムレベルでの可塑的変化が、脊髄神経再生に伴う異常知覚の原因ではないかと推測される。これらの点を明らかにするためには、再生脊髄における神経回路網の機能的なre-arrangementを証明し、そのつながりや受容体の機能的特性を幼若脊髄と比較検討することが不可欠である。本研究は、膜電位感受性色素とニューロン電位活動の光学的多チャネル計測法を発生初期胚に適用し、個体発生に伴う神経回路網の機能的システム構築と、それに関わる受容体の機能的発現過程について解析を行い、末梢神経再生に伴う神経因性疼痛の発症メカニズムを明らかにすることを目的とする。
本年度は、昨年度に鶏胚脊髄で得られた結果を踏まえて、ラット胚における脊髄神経回路網の機能形成過程について解析を行った。胎生15日のラット胚において、脊髄神経刺激によって脊髄内に誘発される光学的シグナルは、鶏胚の場合と同じくspike状のfast-signalとslow-signalとからなり、fast-signalは活動電位、slow-signalはシナプス後電位に対応していることが明らかとなった。slow-signalの一部はグルタミン酸受容体依存性と考えられたが、外液Mg^<2+>-freeに対する感受性は鶏胚に比べて遙かに小さく、シナプスの機能的可塑性に果たす役割には両種間で大きな差のあることが明らかとなった。
さらに、成体ラットでの脊髄神経再生過程に対するコントロールとして、正常の成体ラットを用いて脊髄神経刺激に対する応答の光学的イメージングを行い、脊髄内におけるニューロン応答の可視化に成功した。

Research Products

• [Publications] Tanaka et al.: "Physiological consistency in trial-to-trial variation in intrinsic-optical responses to single-whisker movement in the rat D1-barrel cortex."Neuroscience Research. 36. 193-207 (2000)
• [Publications] Sato et al.: "Optical detection of embryogenetic expression of vagal excitability in the rat brain stem."Neuroreport. 11. 3579-3763 (2000)
• [Publications] Sato et al.: "Optical responses to micro-application of GABA agonists in the embryonic chick brain stem."Neuroreport. 12. 95-98 (2001)
• [Publications] Momose-Sato et al.: "Optical approaches to embryonic development of neural function in the brainstem."Progress in Neurobiology. 63. 151-197 (2001)
• [Publications] Momose-Sato et al.: "Spreading depolarization waves triggered by vagal stimulation in the embryonic chick brain : optical evidence for intercellular communication in the developing CNS."Neuroscience. 102. 245-262 (2001)
• [Publications] Mochida et al.: "Multiple-site optical recording reveals embryonic organization of synaptic networks in the chick spinal cord."European Journal of Neuroscience. (in press). (2001)
• [Publications] Yazawa et al.: "Developmental changes in trial-to-trial variations in whisker barrel responses studied using intrinsic optical imaging : Comparison between normal and de-whiskered rats."Journal of Neurophysiology. (in press). (2001)
• [Publications] Mochida et al.: "Effects of anisomycin on LTP in the hippocampal CA1 : Long-term analysis using optical recording."Neuroreport. (in press). (2001)
• [Publications] 佐々木真一 他: "内因性光学イメージングを用いたin vivoラット脊髄神経活動のモニタリング"脊髄電気診断学. 22. 32-35 (2000)
• [Publications] 佐々木真一 他: "末梢神経刺激により脊髄に誘発されたニューロン応答の内因性光学イメージング"脊髄電気診断学. 23(in press). (2001)
• [Publications] 佐藤勝重: "細胞電気活動の光学的計測法-いかにして真のシグナルとノイズを見分けるか-"日本生理学雑誌. 62. 275-278 (2000)
• [Publications] 佐藤容子 他: "自律神経系の機能的解析における光学的計測法の適用"自律神経. (in press). (2001)
• [Publications] 大野喜久郎 他: "脳神経外科の最前線NO.2 21世紀の新領域とニューテクノロジー"先端医療技術研究所. 472 (2000)
• [Publications] 佐藤勝重: "ブレインサイエンス・レビュー2001"医学書院(in press). (2001)