広範囲脱分極波とCa waveによる中枢神経系の機能発生制御機構の光学的解析

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14017031
• 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: 光学的計測 / 膜電位感受性色素 / 中枢神経系 / シナプス / 鶏胚 / depolarization wave / Ca wave / gap junction

Research Abstract

老人性痴呆や、神経細胞の変性を伴う多くの疾患において、神経細胞の病変・細胞死の過程は、個体発生の途中に引き起こされる自然発生的細胞死の過程と酷似していることなど、機能発生と機能破綻のメカニズムにはいくつかの共通点が指摘されている。したがって、個体発生に伴う神経系の機能的形成過程を明らかにすることは、脳の機能発生の解明という側面だけでなく、脳の老化、神経細胞の変性のメカニズムを知る上でも極めて重要である。我々は、これまでに中枢神経系の機能的形成/構築過程を明らかにする目的で、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ってきた。その過程で、迷走神経刺激によって、中枢神経系の広範に伝播するdepolarization waveが誘発され、それに引き続きCa waveが引き起こされることを見出した。このdepolarization waveについて解析を進めたところ、このdepolarization waveは、(1)発生のある一時期に特異的に出現しすること、(2)脊髄から大脳までと非常に広範囲に伝播すること、(3)上位中枢から脊髄へ、逆に脊髄から上位中枢へといった非固定的な伝播パターンを示すこと、(4)chemical synapseとgap junctionの両方が関与したdual networkを介すること、(5)迷走神経以外の他の脳神経(感覚神経)・脊髄神経を介した外来性入力、あるいは自発興奮活動によっても誘発されること、が明らかとなった。

Research Products

• [Publications] Sato, K. et al.: "Intraoperative intrinsic optical imaging of neuronal activity from subdivisions of the human primary somatosensory cortex"Cerebral Cortex. 12. 269-280 (2002)
• [Publications] Sato, K. et al.: "Optical approaches to functional organization of glossopharyngeal and vagal motor nuclei in the embryonic chick hindbrain"Journal of Neurophysiology. 88. 383-393 (2002)
• [Publications] Sato, K. et al.: "Developmental organization of the glossopharyngeal nucleus in the embryonic chick brainstem slice as revealed by optical sectioning recording"Neuroscience Letters. 327. 157-160 (2002)
• [Publications] Sasaki, S. et al.: "Optical imaging of intrinsic signals induced by peripheral nerve stimulation in the in vivo rat spinal cord"NeuroImage. 17. 1240-1255 (2002)
• [Publications] Momose-Sato, Y. et al.: "Optical analysis of large-scale depolarization waves in the embryonic brain : a dual network of gap junctions and chemical synapses"Journal of Neurophysiology. 18. 600-614 (2003)
• [Publications] Momose-Sato, Y. et al.: "Depolarization waves in the embryonic CNS triggered by multiple sensory inputs and spontaneous activity : optical imaging with a voltage-sensitive dye"Neuroscience. 116. 406-423 (2003)
• [Publications] Miyakawa, N. et al.: "Optical analysis of acute spontaneous epileptiform discharges in the in vivo rat cerebral cortex"NeuroImage. (in press). (2003)
• [Publications] Kinoshita, M. et al.: "Multiple-site optical recording for characterization of functional synaptic organization of the optic tectum of rainbow trout"European Journal of Neuroscience. 16. 868-876 (2002)
• [Publications] Momose-Sato, Y. et al.: "Recent Research Developments in Membrane Biology"Research Signpost (in press). (2003)
• [Publications] Sato, K. et al.: "Light Scattering Imaging of Neural Tissue Function"The Humana Press Inc (in press). (2003)