Electrophysiological and photometrical analysis of limbic neuronal activity in Alzheimer's mice

2020 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 17H02223
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Research Field: Brain biometrics
• Research Institution: Kanazawa Medical University
• Principal Investigator: KATO Nobuo 金沢医科大学, 医学部, 教授 (10152729)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 大森 治紀 京都大学, 医学研究科, 名誉教授 (30126015) ; 小野 宗範 金沢医科大学, 医学部, 准教授 (30422942) ; 山本 亮 金沢医科大学, 医学部, 講師 (30447974)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2021-03-31
• Keywords: アルツハイマー病 / モデルマウス / 測光パッチ電極 / 細胞内カルシウム / シータ波 / 海馬脳波 / 認知行動テスト

Outline of Final Research Achievements

The photometric patch electrode system, originally developed for recording from the avian auditory system, has been applied to the rodent hippocampus and fine-tuned. Instead of the original auditory stimulation, spontaneous walking on a treadmill that elicits theta waves was used to evoke electrical signals of neuronal origin in the hippocampus. We discovered that the high-frequency gamma component in the theta wave accompanies a large calcium transient in wild-type but not Alzheimer’s model mice. Cognitive performance measured with the Morris water maze is correlated well with the high frequency theta power at 150-250 Hz. The density of hippocampal excitatory synapses, as measured by EM, was revealed to correlate inversely with the cognitive score. An exuberance of unsynchronized excitatory synaptic volley was implicated for a basis of cognitive impairment.

Free Research Field

神経生理学・神経解剖学・行動薬理学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

海馬の属する辺縁系など脳の深部において、動物行動に起因する脳波活動など脳由来の集合的神経原性電気活動とそれに随伴する集合的細胞内カルシウム増加を同時記録した例は本研究が世界初である。脳の深部に至るほどカルシウム測光は困難になるが、本研究では測光パッチ電極法により克服した。アルツハイマー病モデルにおいて、海馬脳波の高周波成分が認知機能と相関することを見出した。認知異常の背景としてアルツハイマーモデルマウスにおける興奮性シナプスの形成過剰と非同期な細胞内カルシウム流入が示唆され、治療法開発への端緒を得た。