オプトジェネティクスを用いて幻覚の神経メカニズムを解明する

• Project/Area Number: 20H01003
• Research Category: Grant-in-Aid for Encouragement of Scientists
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: 3120:Biology at molecular to cellular levels, biology at cellular to organismal levels, biology at organismal to population levels and anthropology, neuroscience and related fields
• Research Institution: Institute of Physical and Chemical Research
• Principal Investigator: Matsubara Chie 国立研究開発法人理化学研究所, 脳神経科学研究センター, テクニカルスタッフI
• Project Period (FY): 2020-04-01 –
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2020)
• Budget Amount: ¥480,000 (Direct Cost: ¥480,000); Fiscal Year 2020: ¥480,000 (Direct Cost: ¥480,000)
• Keywords: 神経科学

Outline of Research at the Start

幻覚は、外界から入力がない感覚を体験してしまう病態である。疾患や加齢に伴い、私たちの多くが幻覚を経験するが、その発症メカニズムは未だ十分に解明されていない。そのようななか、トップダウン入力の異常な機能亢進により、幻覚を生じる例が報告されている。しかし、これまでトップダウン入力と幻覚の対応関係が定量的に評価されたことはなかった。また、トップダウン入力がどのような神経回路を介して幻覚を生じるかも、未だ明らかにされていない。そこで申請者らは、マウス幻覚モデルを確立し、トップダウン入力はどのように幻覚を生じるのか、またどのような神経メカニズムにより幻覚が起こるのか、についての解明を目指す。本課題では、トップダウン入力の強度と幻覚頻度の相関に着目し、測定することにより、幻覚に関わる神経メカニズムの解明に寄与できると考える。

Outline of Final Research Achievements

知覚を定量的に扱うために、マウスの触知覚モデルを確立した。マウスに足への電流刺激を知覚させ、飲水で応答するように学習させた。
学習が成立したマウスの目的の脳領域に、興奮性神経細胞特異的に光駆動性イオンチャネルを遺伝子導入し、そこへ光照射することによって、トップダウン入力を任意のタイミングで人為的に亢進させられるようにした。その後、マウスに物理的な刺激（足への電流刺激）を与えずに、脳への光照射のみでトップダウン入力を人為的に活性化することにより、幻覚が生じた。さらに光刺激の強度と飲水頻度の相関を測定することで、トップダウン入力と幻覚の相関関係を定量的に解析した。

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

幻覚は、外界から入力がない感覚を体験してしまう病態であり、その発症メカニズムは未だ十分に解明されていない。そのようななか、トップダウン入力の異常な機能亢進により、幻覚を生じる例が報告されているが、これまでトップダウン入力と幻覚の対応関係が定量的に評価されたことはなく、トップダウン入力がどのような神経回路を介して幻覚を生じるかも、未だ明らかにされていなかった。
そこで申請者らは、マウス幻覚モデルを確立し、トップダウン入力の強度と幻覚頻度の相関に着目し測定することにより、幻覚に関わる神経メカニズムの解明に寄与できると考え『トップダウン入力の機能亢進により幻覚が生じる』という仮説を立て検証した。