学習する摘出全脳の作成

• 研究課題/領域番号: 23K18251
• 研究種目: 挑戦的研究(萌芽)
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 中区分51:ブレインサイエンスおよびその関連分野
• 研究機関: 名古屋大学 (2024); 北海道大学 (2023)
• 研究代表者: 乘本 裕明 名古屋大学, 理学研究科, 教授 (40779568)
• 研究期間 (年度): 2023-06-30 – 2025-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2024年度)
• 配分額: 6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円); 2024年度: 3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円); 2023年度: 3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円)
• キーワード: 脳 / 学習 / 睡眠・覚醒 / 神経生理学 / ニューロフィードバック

研究開始時の研究の概要

本研究は、学習する摘出脳を作成することを目的とする。機械を脳へ直接接続する世の中が現実味を帯びつつあるが、本研究はさらにその一歩先へと踏み込む。それは、摘出した全脳にデバイスを接続し、情報を処理させるというものである。初めての試みであるため、本研究はシンプルな系からスタートする。摘出した脳に覚醒状態を誘導し、特定の神経活動パターンに応じて脳に報酬を与えるシステムを作成する。これを通じて脳が機械の使い方を学習し、神経活動を自在に操作できるようになるかどうかを検証する。

研究成果の概要

本研究では、摘出全脳に覚醒様状態を誘導し、神経活動パターンに応じた報酬を与えることで学習可能性を検証することを目的とした。研究期間を通じ、摘出全脳標本の海馬でsharp wave ripple（SWR）を安定して観察し、その発生機序や半球間伝播を明らかにした。また、神経伝達物質適用や感覚器付随摘出による覚醒誘導、GCaMP6の高効率発現、GABA抗体染色の確立にも成功した。今後は、情報入力に伴うSWR変化を解析し、学習機構の理解を目指す。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究は、摘出全脳において覚醒様状態と記憶関連脳波の再現に成功し、神経活動と学習との因果関係を直接検証できる新たな実験モデルを提示した点で学術的意義が大きい。また、sharp wave rippleの発生機序や情報伝播機構の解明は、記憶形成メカニズムの理解を深め、脳機能障害の治療法開発にも貢献する可能性がある。今後、基礎神経科学のみならず、医療・工学分野への波及効果も期待される。