光学的計測による脳梗塞急性期の神経活動の画像化と組織の可逆性

1992 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 03454345
• 研究機関: 東京医科歯科大学
• 研究代表者: 谷口 郁雄 東京医科歯科大学, 難治疾患研究所, 教授 (60014255)
• 研究分担者: 堀川 順生 東京医科歯科大学, 難治疾患研究所, 助教授 (50114781) ; 黒岩 俊彦 東京医科歯科大学, 難治疾患研究所, 助教授 (80129832)
• キーワード: オプティカルイメージンク / 脳梗塞 / 大脳皮質聴覚領 / 機能的構造 / 神経活動 / 周波数局在 / 電圧感受性色素

研究概要

脳梗塞急性期の皮質における神経活動の時空間パターンを光学的計測法によりリアルタイムでイメージ化することに成功した。モルモットやラットの大脳皮質聴覚領の音刺激に対する二次元空間的な神経活動を12×12チャンネルのフォトダイオード・アレイを光センサとして用い、電圧感受性色素で皮質を染色する方法により聴覚領の機能的構造を画像化した。機能的構造(周波数局在)は音刺激を与えると時間とともに変化した。つまり皮質の機能的構造は時間に依存することを示している。この方法を利用して脳虚血時の皮質の神経活動を光学的に観察した。ラットの場合、皮質への血流を両総頚動脈の閉塞により遮断すると、皮質からの光応答は1分後には完全に消失した。30分後、血流を再開すると光応答は1時間後には不完全ではあるが回復した。また機能的構造の部分的な回復も同時に観察された。領域によってvulnerabilityに差があることを示唆する。光応答の波形の回復過程を比較すると遅い成分の回復が悪いことがわかった。モルモットの場合は両総頚動脈を閉塞すると光応答の振幅が逆に増大する例があり、動物の種による差が認められた。その原因については明かではない。
光学的に観察と平行して、スナネズミを用い、脳虚血時の機能的変化を頭頂からの聴性誘発電位(AEP)で観察し、虚血時間の影響を病理組織学的に検討した。虚血時間3分の場合は海馬のCA1の錐体細胞の変性は観察されたが、皮質には変化は認められなかった。虚血10分の場合は海馬の錐体細胞はほとんど消失し、同時に聴覚領の細胞にも散発的な変性像が認められた。AEPは血流再開後、2時間経っても完全には回復せず、形態学的な変化に先だって機能的な低下が皮質の神経細胞に起こることが示唆された。AEPの各成分について回復の時経過を比較すると遅い成分が回復し難いことがわかった。この結果は光学的実験の結果と一到する。

研究成果

• [文献書誌] Taniguchi, I., Horikawa, J., Moriyama, T. and Nasu,M.: "Spatio-temporal pattern of frequency representation in the auditory cortex of guinea pigs." Neurosci. Lett.146. 38-40 (1992)
• [文献書誌] Taniguchi, I., Horikawa, J., Moriyama, T. and Naus, M.: "Optical imaging of functional architecture of the guinea pig auditory cortex." Soc. for Neurosci. abst.18. 1194- (1992)
• [文献書誌] Kuroiwa, T.: "Carotid artery back pressure and postichemic hyperemia in gerbel: Factors inflencing the delayed neuronal death of hippocampal CA1sector. Maturation phenomenon in cerebral ischemia." Springer-Verlag. 61-68 (1992)
• [文献書誌] Kuroiwa, T., Bonnekoh, P. and Hossmann, K. -A.: "Laser Doppler flowmetry in CA1 of hippocampus and cortex after transient forebrain ischemia in gerbils." Stroke. 23. 1349-1354 (1992)
• [文献書誌] Bonnekoh, P, Kuroiwa, T., Kloiber, O. and Hossmann, K.-A.: "Time profile of calcium accumulation in hippocampus, striatum and frontal cortex after transient forebrain ischemia in the gerbil." Acta Neuropathol.84. 400-406 (1992)
• [文献書誌] Bonnekoh, P., Kuroiwa, T., Oschilies, U. and Hossmann K.-A: "Barbiturate promotes post-ischemic reaggregation of polyribosomes in gerbil hippocampus." Neurosci, Lett.146. 75-78 (1992)
• [文献書誌] Kuroiwa, T., Taniguchi, I, and Okeda, R.: "Regional tissue compliance of edematous brain after cryogenic injury in cats." Intracranial Pressure VIII, Springer-Verlag in press.(1993)
• [文献書誌] Kuroiwa, T., Yokofujita, J., Kaneko, H. and Okeda, R.: "Microradiographic examination of edema fluid distribution in the cat brain after cryogenic injury." Intracranial Pressure VIII, Springer-Verlag, in Press. (1993)
• [文献書誌] Taniguchi, I., Nasu, M.: "Spatio-temporal representation of sound in the guinea pig auditory cortex observed by optical recording." Neurosci. Lett. in press. (1993)
• [文献書誌] 市来 浩人・黒岩 俊彦・谷口 郁雄: "脳虚血による聴性誘発電位の変化とその病理" Audiol. Jpn.34. 525-526 (1991)
• [文献書誌] 市来 浩人・黒岩 俊彦・谷口 郁雄: "脳虚血による聴性誘発電位の変化とその病理ー虚血時間の影響ー" Audiol. Jpn.35. 403-404 (1992)
• [文献書誌] 谷口 郁雄: "小特集「大脳における聴覚情報処理の新しい研究手法に寄せて」" 日本音響学会誌. 48. 309-312 (1992)