2023 Fiscal Year Research-status Report
発達期レム睡眠が育てるノンレム睡眠の成熟 ＝マウス臨界期操作によるアプローチ＝
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21K06436
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
宮本 浩行 東京大学, ニューロインテリジェンス国際研究機構, 特任准教授 (90312280)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | 睡眠 / 視覚 / 臨界期 / 脳発達 / GABA抑制系 / 可塑性 / NMDA受容体 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
赤ちゃんや子供にとって睡眠は脳と身体の健やかな成長に重要であると信じられている。発達期にはレム睡眠が豊富で、遅れてノンレム睡眠が成熟してくる。しかし幼弱かつ急速に成長する動物の睡眠を長期的に観測し操作することは容易でないため、発達時のレム睡眠とノンレム睡眠にどのような関係があるのか知られていない。申請者の研究チームはマウス発達過程と脳の臨界期を人工的に分離することに成功し、臨界期前と後の睡眠を大人のマウスで比較・解析することが可能となった。これを利用して本研究は睡眠発達にともなう分子・神経レベルでの変化、発達期レム睡眠がもたらすノンレム睡眠の成熟への影響を明らかにすることを目的とする。子供の睡眠がもたらす脳の成長の科学的基礎や、睡眠不全による発達障害への関与について本質的な理解につながると期待される。
抑制性伝達物質GABA合成酵素GAD65欠損マウス（GAD65マウス）は通常の皮質可塑性臨界期を示さない。しかしGABAA受容体機能を一時的に促進する薬物投与で野生型同等の可塑性が回復させられる。これにより生理的に安定した「大人の臨界期」モデルマウスで詳細な脳活動の操作と分析が可能となっている。
2021年度、レム睡眠量と特定分子の発現量においてGAD65マウスに有意な相関を検出した。2022年度、新規塩素イオンセンサーを用いることで特定の脳状態において皮質抑制性入力が有意に変化することを見出した。本年2023年度、臨界期可塑性・抑制性神経伝達と睡眠の関係をさらに探るためノンレム睡眠中の皮質神経活動を解析した結果、野生型に比しGAD65マウスではノンレム睡眠の指標である神経細胞群の同期性が未発達であることが見出された。さらに薬物投与で臨界期をGAD65マウスに誘導することで同期性が回復した。このことは抑制性神経伝達がノンレム睡眠成熟に重要な役割をもつことを示唆する。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
抑制性シナプス伝達によって開始された皮質可塑性の臨界期がレム睡眠時のNMDA受容体分子発現、ノンレム睡眠の神経活動同期性に影響を及ぼしていることが明らかになった。レム睡眠とノンレム睡眠をつなぐには特定分子欠損マウスの解析が不可欠と考えられ、実験と解析が進行している。
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| Strategy for Future Research Activity |
特定分子欠損マウスのノンレム睡眠の神経細胞群の同期性解析が不可欠であり、これを完遂する。これより発達期レム睡眠とノンレム睡眠の成熟の関係に関して一定の理解が進展することが期待される。
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| Causes of Carryover |
本研究計画では、主要な実験の一部が遺伝子変異マウスの飼育・維持に困難が生じたため予定通りに進行しなかった。これにより研究の最終段階における重要な実験を次年度に延期する必要が生じた。今後実験材料の購入（マウス飼育費、神経活動記録等）や研究成果発表（オープンアクセスジャーナルへ投稿予定）に使用される。
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[Journal Article] Criticality supports cross-frequency cortical-thalamic information transfer during conscious states2024
Author(s)
Toker D, Muller E, Miyamoto H, Riga MS, Llado-Pelfort L, Yamakawa K, Artigas F, Shine JM, Hudson AE, Pouratian N, Monti MM
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Journal Title
eLife
Volume: 13
Pages: -
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
