視覚野における領野間相互作用の可視化解析による睡眠時神経活動の発生機序の解明

• 研究課題/領域番号: 22K15197
• 研究種目: 若手研究
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 小区分46010:神経科学一般関連
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 北島 奈美 東京大学, 大学院医学系研究科(医学部), 特任研究員 (20908818)
• 研究期間 (年度): 2022-04-01 – 2025-03-31
• 研究課題ステータス: 交付 (2023年度)
• 配分額: 4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円); 2023年度: 2,730千円 (直接経費: 2,100千円、間接経費: 630千円); 2022年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
• キーワード: 睡眠 / 大脳皮質 / 視覚野 / 神経回路 / 神経伝達回路 / イメージング

研究開始時の研究の概要

本研究は、視覚野における睡眠時神経活動の発生メカニズムを解明することを目的とする。大脳皮質では、外界からの情報入力が遮断された睡眠時にも神経活動が観察される。本研究では、超広視野二光子励起顕微鏡を用いたカルシウムイメージングにより、一次視覚野および高次視覚野の睡眠時神経活動を同時に可視化し、睡眠時における領野をまたいだ神経伝達回路を明らかにすることにより、外界からの入力無しに睡眠時神経活動がどのように発生するのかを解明する。本研究により、睡眠時神経活動の機能解明や、睡眠障害を伴う疾患の病態解明につながることが期待される。

研究実績の概要

大脳皮質の神経活動は、覚醒時だけでなく、外界からの入力のない睡眠時も観察される。この睡眠時の神経活動は記憶や学習などの情報処理に関与することが示唆されており、脳の機能に重要な役割をもつと考えられるが、外界からの入力が遮断された睡眠時にどのようなメカニズムで発生するのかは十分には解明されていない。そこで、本研究では、睡眠時神経活動を一次視覚野および高次視覚野において同時に可視化し、領野横断的な情報連関を明らかにすることにより、睡眠時神経活動の発生メカニズムを明らかにする。これまでに、大脳皮質神経細胞に蛍光カルシウムインジケータを発現したトランスジェニックマウスを用いて、超広視野二光子励起顕微鏡下にて、生理的な睡眠覚醒時における視覚野神経活動の測定を行った。その結果、各領野の神経活動は、レム睡眠・ノンレム睡眠・覚醒時の三つの状態で異なる活動パターンを示すことが示唆された。当該年度では、より詳細な解析のため、二光子励起顕微鏡を用いて、一次視覚野と高次視覚野を含む複数領野における睡眠時神経活動を測定した。その結果、超広視野二光子励起顕微鏡での実験と同様に、睡眠覚醒の各状態で異なる神経活動パターンをとることを示唆する結果が得られた。今後は、睡眠覚醒状態の変化により、一次視覚野および高次視覚野において神経細胞間での相互作用がどのように変化するか調べ、睡眠時における領野間の情報伝達の仕組みを明らかにする。

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

二光子励起顕微鏡を用いて、レム睡眠・ノンレム睡眠・覚醒時における一次視覚野および高次視覚野の神経活動を測定することで、超広視野顕微鏡での実験と併せて、より詳細に活動パターンの解析を行った。

今後の研究の推進方策

今後は、当初の申請計画に基づき、レム睡眠・ノンレム睡眠・覚醒時において領野を跨いだ神経細胞間の活動の時間相関を算出し、神経細胞間の機能的結合度を比較解析する。これにより、睡眠覚醒状態に応じて領野間の情報伝達が変化するか調査する。