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神経活動振動への介入法の開発と応用

公募研究

研究領域非線形発振現象を基盤としたヒューマンネイチャーの理解
研究課題/領域番号 18H04932
研究種目

新学術領域研究(研究領域提案型)

配分区分補助金
研究機関東北大学

研究代表者

松井 広  東北大学, 生命科学研究科, 教授 (20435530)

研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2020-03-31
研究課題ステータス 完了 (2019年度)
配分額 *注記
5,850千円 (直接経費: 4,500千円、間接経費: 1,350千円)
2019年度: 2,990千円 (直接経費: 2,300千円、間接経費: 690千円)
2018年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
キーワードグリア細胞 / アストロサイト / 光遺伝学 / てんかん / 脳波 / 代謝 / オプトジェネティクス / 神経伝達物質
研究実績の概要

脳の状態に応じて、神経細胞は周期的に発火し、多くの神経細胞がこの周期性に同期しながら発火する。生理的な神経発振は、例えば、記憶といった形で情報をコード化するのに役立つと考えられ、コントロールできないほどに発振が全般化すれば、てんかん発作につながる。本研究では、このような神経発振の意味を探るため、人為的に発振ステートを遷移させる実験的操作法を開発することを目的とした。具体的には、1)オプトジェネティクス(光遺伝学)による神経刺激を通して超長期可塑性を誘導する方法、2)脳内代謝回路の薬理学的操作によって神経伝達物質産生バランスを変化させる方法、3)グリア細胞活動の光操作によって脳内局所環境を変化させる方法を用いた。本研究では、数日に渡る神経細胞刺激によって超長期可塑性を誘導し、過興奮しやすいてんかん脳や、てんかん刺激に対して抵抗性のある抗てんかん脳を作り出すことに成功した。この研究を通して明らかになったのは、定常的な脳内アデノシンという抑制性神経伝達物質の多寡が、神経発振現象を強力に支配しているという事実であった。そこで、引き続き、生来の脳細胞において、神経伝達物質を産生する際に働く補酵素を余剰に投与することで、神経伝達物質のバランスを変更し、神経発振現象をコントロールする方法で、脳内代謝回路に薬理学的に介入し、てんかん発作を封じ込める方法の開発に取り組んだ。実験の結果、既にキンドリングにより発展したてんかん脳に抗てんかん作用を発揮させることに成功した例もあったが、個体ごとのばらつきが大きいことが示された。急性スライス標本を用いたグリア細胞の光操作では、グリアからの作用によって神経細胞の発振が抑制されることが明らかになった。生きている動物におけるてんかん発作を封じ込めるほどの威力は発揮できなかったが、神経情報処理に対する修飾作用は示唆された。

現在までの達成度 (段落)

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2019 実績報告書
  • 2018 実績報告書
  • 研究成果

    (30件)

すべて 2019 2018 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (7件) (うち査読あり 2件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (16件) (うち国際学会 9件、 招待講演 14件) 図書 (2件) 備考 (3件)

  • [国際共同研究] Heinrich Heine University Dusseldorf(ドイツ)

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [国際共同研究] Heinrich-Heine University Dusseldorf(ドイツ)

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [雑誌論文] 序にかえて-にかわ脳-Glue Brain Project-2019

    • 著者名/発表者名
      松井 広、田中謙二
    • 雑誌名

      実験医学増刊

      巻: 37 ページ: 3-7

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [雑誌論文] グリア細胞による貪食を介した脳内リモデリング2019

    • 著者名/発表者名
      森澤陽介、松井 広、小泉修一
    • 雑誌名

      実験医学増刊

      巻: 37 ページ: 65-72

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [雑誌論文] アストロサイト活動光操作による脳機能制御2019

    • 著者名/発表者名
      別府 薫、松井 広
    • 雑誌名

      実験医学増刊

      巻: 37 ページ: 136-143

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [雑誌論文] 睡眠覚醒のスイッチ2019

    • 著者名/発表者名
      常松友美、松井 広
    • 雑誌名

      Clinical Neuroscience

      巻: 37 ページ: 793-797

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [雑誌論文] Optogenetic astrocyte activation evokes BOLD fMRI response with oxygen consumption without neuronal activity modulation2018

    • 著者名/発表者名
      Norio Takata, Yuki Sugiura, Keitaro Yoshida, Miwako Koizumi, Hiroshi Nishida, Kurara Honda, Ryutaro Yano, Yuji Komaki, Ko Matsui, Makoto Suematsu , Masaru Mimura, Hideyuki Okano, Kenji F. Tanaka
    • 雑誌名

      Glia

      巻: 印刷中 号: 9 ページ: 2013-2023

    • DOI

      10.1002/glia.23454

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Targeted expression of step-function opsins in transgenic rats for optogenetic studies2018

    • 著者名/発表者名
      Igarashi Hiroyuki、Ikeda Keiko、Onimaru Hiroshi、Kaneko Ryosuke、Koizumi Kyo、Beppu Kaoru、Nishizawa Kayo、Takahashi Yukari、Kato Fusao、Matsui Ko、Kobayashi Kazuto、Yanagawa Yuchio、Muramatsu Shin-Ichi、Ishizuka Toru、Yawo Hiromu
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 8 号: 1 ページ: 5435-5435

    • DOI

      10.1038/s41598-018-23810-8

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] 睡眠の光操作とグリア細胞機能の役割2018

    • 著者名/発表者名
      常松 友美、森澤 陽介、松井 広
    • 雑誌名

      Clinical Neuroscience

      巻: 36 ページ: 925-928

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 神経活動の発振を封じ込める内因性機構の賦活化2019

    • 著者名/発表者名
      松井 広
    • 学会等名
      日本脳循環代謝学会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Meta-information control of the brain via glial functions2019

    • 著者名/発表者名
      Ko Matsui
    • 学会等名
      National Taiwan University - Tohoku University Neuroscience Symposium
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] オプトジェネティクスによるてんかん病態解析と制御2019

    • 著者名/発表者名
      松井 広
    • 学会等名
      関東機能的脳外科カンファレンス
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Astrocytic control of neuronal information processing and disease2019

    • 著者名/発表者名
      Ko Matsui
    • 学会等名
      日本神経科学会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] グリア細胞の担う脳内情報処理と光操作による脳病態制御2019

    • 著者名/発表者名
      松井 広
    • 学会等名
      東京慈恵会医科大学 "医学研究の基礎を語る集い"
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Glial optogenetics for understanding the cross talk between metabolism and information processing2019

    • 著者名/発表者名
      Ko Matsui
    • 学会等名
      9th FAOPS
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Role of glial phagocytosis of synapses in physiological memory engravement process2019

    • 著者名/発表者名
      Yosuke Morizawa, Ko Matsui
    • 学会等名
      Gordon Research Conference (Glial Biology)
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Multimodal expression and control of brain information2019

    • 著者名/発表者名
      Ko Matsui
    • 学会等名
      The 2nd FRIS-TFC Joint Symposium
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Glial control of neuronal information processing2018

    • 著者名/発表者名
      Ko Matsui
    • 学会等名
      TU-UCL Neuroscience Meeting
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Glial control of neuronal information processing2018

    • 著者名/発表者名
      Ko Matsui
    • 学会等名
      Heinrich-Heine-University Dusseldorf Seminar
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Malfunction of potassium extrusion as a major cause of chronic epilepsy2018

    • 著者名/発表者名
      Mariko Onodera, Jan Meyer, Christine Rose, Ko Matsui
    • 学会等名
      Japanese-German YoungGlia collaborative meeting for mutual research exchange
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Glial control of neuronal information processing2018

    • 著者名/発表者名
      Ko Matsui
    • 学会等名
      Japanese-German YoungGlia collaborative meeting for mutual research exchange
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 代謝機能の光操作/光計測による脳情報解析と病態制御2018

    • 著者名/発表者名
      松井広
    • 学会等名
      第二回 ニコン顕微鏡イメージングフォーラム
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Cross talk between metabolism and information processing2018

    • 著者名/発表者名
      松井広
    • 学会等名
      第23回グリア研究会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] グリア細胞の光操作で探る脳の機能と心の成り立ち2018

    • 著者名/発表者名
      松井広
    • 学会等名
      第3回 感性・身体性センシング技術分科会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] オプトジェネティクスによる神経発振制御とグリア細胞の役割2018

    • 著者名/発表者名
      松井広
    • 学会等名
      第15回てんかん包括医療東北研究会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [図書] 脳の半分を占める グリア細胞2019

    • 著者名/発表者名
      松井広、田中謙二
    • 総ページ数
      228
    • 出版者
      羊土社
    • ISBN
      9784758103824
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [図書] 基礎心理学実験法ハンドブック2018

    • 著者名/発表者名
      日本基礎心理学会
    • 総ページ数
      608
    • 出版者
      朝倉書店
    • ISBN
      9784254520231
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [備考] 東北大学 超回路脳機能分野

    • URL

      http://www.ims.med.tohoku.ac.jp/matsui/

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [備考] Tohoku University NGP Academic English Course

    • URL

      http://www.ims.med.tohoku.ac.jp/NGPEnglish/

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [備考] 東北大学・超回路脳機能分野

    • URL

      http://www.ims.med.tohoku.ac.jp/matsui/

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書

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公開日: 2018-04-23   更新日: 2021-01-27  

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