神経活動の光学的イメージング法による蜂脳における嗅/視覚領域の機能マッピング

2000 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12048212
• Research Institution: Tokyo Medical and Dental University
• Principal Investigator: 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)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 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)
• Keywords: はたらき蜂 / 脳摘出標本 / 膜電位感受性色素 / 光学的計測法 / イメージング

Research Abstract

はたらき蜂の求餌行動において、中枢神経系では嗅覚系と視覚系からの情報が統合処理されていることが知られている。本研究は、膜電位感受性色素を用いた「ニューロン活動の光学的多領域同時計測法」をはたらき蜂の中枢神経系に適用し、嗅覚情報と視覚情報が、どのような機構で統合処理されているのかを時空間的にダイナミックに解析し、はたらき蜂脳の機能マッピングを行うことを目的に企画された。今年度は以下のような成果が得られた。
1)脳摘出標本およびsemi-in-vivo標本系の確立:まずはじめに、吸光測定用の標本の作成を行った。脳摘出標本では、はたらき蜂(Apis Mellifera)を冷却麻酔し頭部を離断、実体顕微鏡下で頭部を覆う諸組織を丁寧に剥離除去し、antennal nerveをつけたまま脳全体を摘出した。semi-in-vivo標本では、はたらき蜂(Apis Mellifera)を冷却麻酔後、waxで体を金属製の小さなチューブに固定し、ウレタンで麻酔して、antenna基部から頭部を覆う諸組織を剥離除去し、最後にantennaをつけたまま頭部を離断した。作成した標本は、光透過性で、吸光測定に応用できると考えられた。
2)膜電位感受性色素による染色法の確立:膜電位感受性色素による染色法を確立するため、oxonol系吸光色素NK3630(RH482)を用い、染色法、染色時間、色素の濃度について検討した。染色法として脳摘出標本の場合、脳摘出後に染色するか、あるいは、まずsemi-in-vivo標本を作成し体をつけた状態で染色した後に脳を摘出するかを検討したところ、後者の方が標本の活性を保持でき、染色法として優れていることが分かった。次に染色条件を検討したところ、色素の濃度0.5mg/ml、染色時間30分で十分に染色できることがわかった。
3)膜電位感受性色素のスクリーニング:膜電位感受性色素として、oxonol系吸光色素NK3630(RH482)とmerocyanine-rhodanine系吸光色素NK2761について上記の染色条件で検討した。両色素とも、蜂脳を十分に染色することができ、antennal nerveの電気刺激により、antennal lobeおよびmushroom bodyから光学シグナルを検出することができたが、それぞれ問題点があった。NK3630(RH482)の場合、色素の色が濃いために脳が濃く染まってしまい、十分なS/Nを得るためには加算平均する必要があった。この点では、NK2761の方が優れていたが、この色素ではEPSPを記録することができなかった。これについては色素の毒性によるものなのか、標本自体の問題なのかまだ解明できておらず、さらなる検討が必要である。

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)