2019 Fiscal Year Research-status Report
Propofol-induced modulation of firing frequency in the cerebral cortex
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19K10345
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| Research Institution | Nihon University |
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Principal Investigator |
大井 良之 日本大学, 歯学部, 教授 (60271342)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
小林 真之 日本大学, 歯学部, 教授 (00300830)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | プロポフォール / マルチチャネルシングルユニット記録 / プロポフォール誘発性アルファ周波数帯 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
様々な疾病が存在する現在、全身麻酔下での治療は数多く行われている。しかし、全身麻酔薬による意識消失の機序については不明な点が多い。プロポフォールは全身麻酔薬の一種であり、本薬の投与による意識消失時に脳波においてアルファ周波が発生することが明らかとなっているが、発生メカニズムについては明らかになっていない。本研究でプロポフォール投与による意識消失時のニューロン活動の変化を検討し、アルファ周波数帯の発生機序の解明をすることが全身麻酔薬による意識消失メカニズムの解明につながると考えられる。
ラットがプロポフォール投与により意識を消失したことを確認するため、前頭前皮質から脳波を記録した。覚醒時には低振幅高頻度の脳波であったが、プロポフォール投与後は高振幅低頻度の脳波へと変化した。さらに周波数帯解析を行いアルファ周波数帯の増強が観察された。プロポフォール投与によるα周波数帯が観察されることが確認できた後に、ラット大脳皮質内で複数のニューロン活動を同時記録することが可能なマルチチャネルユニット電極を用いてin vivoで記録を行った。記録したニューロンは発火特性から興奮性および抑制性ニューロンの２種類に分類し、覚醒時からプロポフォールによる麻酔状態への意識状態の変化に伴うニューロンの活動変化を検討した。興奮性および抑制性ニューロンともにプロポフォールの投与後、速やかに発火頻度の低下を認めたが、興奮性ニューロンは一過性に発火頻度の上昇を認めた後に低下した。すなわちプロポフォール投与後に抑制性ニューロンより興奮性ニューロンが優位に発火する時間が発生する。これは麻酔薬投与後に一過性に認められる興奮期の発生に関与している可能性が考えられる。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究は覚醒下のラットを用いるため、ラットを環境に慣れさせるためのトレーニング期間が必要となる。またニューロン記録時にラット頭部を固定するための確実な装置取付手技が必要となる。これらの手技は他の麻酔薬を用いた研究と類似したトレーニング方法および手術手技を参考に実験を行ったため、早期に実験手技を確立することができた。また、マルチチャネルユニット記録用電極を用いてニューロンの記録を行っているため複数個のニューロンを１回の記録で記録することが可能であるため効率が良い。
しかし、ラットの体重に応じてプロポフォールを投与しているが、個体によっては適正な麻酔深度を得られないことや、早期に麻酔状態から覚醒してしまい必要なニューロンの記録が得られないこともある。さらに今後は興奮性および抑制性ニューロンの同時記録を行うため、検討に必要なニューロンの記録に期間を要する可能性がある。
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| Strategy for Future Research Activity |
大脳皮質内には興奮性および抑制性ニューロンの大きく２種類のニューロンが存在することが分かっている。また、興奮性ニューロンは抑制性ニューロンに制御されていると考えられている。今後は引き続きマルチチャネルユニット記録用電極を用いて両ニューロンの同時記録を行い、興奮性および抑制性ニューロン間にコネクションがあるペアを解析することでプロポフォール投与時の大脳皮質局所神経回路内での両ニューロンの役割について解明していく。しかし、大脳皮質内において興奮性ニューロンは約80％存在するのに対し、抑制性ニューロンは約20％と考えられている。そのため検討に必要なニューロンのペア数を確保することが今後の課題となる。さらに、マルチチャネルユニット記録用電極の刺入深度から、大脳皮質内の局所におけるニューロンの距離を測定し、距離による覚醒時およびプロポフォール麻酔時のニューロンの挙動の変化があるかについても加えて検討していく予定である。
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| Causes of Carryover |
予定していた米国麻酔科学会議（Orland, USA）への参加をとりやめたため，残金が生じた。次年度への繰越金は，令和2年度の助成金と合わせて，北米神経科学会議（Washington DC, USA）で発表を行うための旅費，解析を効率化するための解析用ラップトップPCの購入費，In Vivoラットでのマルチチャンネルシングルユニット記録における消耗品費として使用する。
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