中枢神経機能解析のためのニューロン電位活動の光学的多チャネル三次元計測法の開発

1994 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 06558110
• 研究種目: 試験研究(B)
• 研究機関: 東京医科歯科大学
• 研究代表者: 神野 耕太郎 東京医科歯科大学, 医学部, 教授 (40025630)
• 研究分担者: 山田 幸子 東京医科歯科大学, 医用器材研究所, 教授 (10014078) ; 佐藤 容子 東京医科歯科大学, 医学部, 助手 (70251501) ; 酒井 哲郎 東京医科歯科大学, 医学部, 講師 (40153845) ; 廣田 秋彦 東京医科歯科大学, 医学部, 助教授 (50156717)
• キーワード: 三次元計測 / 中枢神経系 / 電気活動 / 光学的測定

研究概要

ニューロン電位活動の光学的多チャネル三次元計測法の開発のため、本年度は、特に、光学顕微鏡を用いた光学切片法に重点を置き研究を進めた。
動物実験として、厚さ約1.5mmの鶏胚脳幹スライス標本をメロシアニン・ロ-ダニン系膜電位感受性色素NK2761で染色し、迷走神経および舌咽神経の電気刺激により誘発される脳幹内のニューロン活動を、光学的(吸光)シグナルとして最高1020ヶ所から同時記録をおこなった。光学系の焦点面を頭尾方向に200μmステップで移動させながらおこった一連の測定の結果をもとに、活動電位に由来するスパイク状のfast signalsとシナプス後電位に由来する時間経過の遅いslow signalsの空間的分布のマッピングをおこなった結果、焦点面の位置により、シグナルの空間分布のパターンは大きく変化することが明らかとなった。さらに、このパターンの変化を解析した結果、この変化は、脳幹内における両脳神経の運動性および知覚性の神経核の三次元的機能局在を反映していることが明らかとなった。
上の結果は、同時に、光学顕微鏡を用いた光学切片法によるニューロン活動の3次元計測法の、中枢神経系の三次元的機能構築の解析における有効性を示している。この結果をもとに、現在、より精密な三次元解析をおこなうための理論的解析やデータ処理のアルゴリズムの確立とそれを実行するコンピュータソフトウエアの開発、および測定システムのハードウエアの改良を続けている。

研究成果

• [文献書誌] Momose-Sato,Y.: "Optical mapping of early embryonic expressions of Mg^<2+>-/APV-sensitive components of vagal glutaminergic EPSPs in the chick brainstem." Journal of Neuroscience. 14. 7572-7584 (1994)
• [文献書誌] Hirota,A.: "A new simultaneous 1020-site optical recording system for monitoring neural activity using voltage-sensitive dyes." Journal of Neuroscience Methods. (in press). (1995)
• [文献書誌] Sato,K.: "Responses to glossopharyngeal stimulus in the early embryonic chick brainstem:spatiotemporal patterns in three dimensions from repeated multiple-site optical recording of electrical activity." Journal of Neuroscience. (in press). (1995)
• [文献書誌] Momose-Sato,Y.: "Evaluation of optimal voltage-sensitive dyes for optical monitoring of embryonic neural activity." Journal of Membrane Biology. (in press). (1995)
• [文献書誌] 神野耕太郎: "初期胚脳幹における神経活動の光学的イメージング" ブレインサイエンス. (印刷中). (1995)
• [文献書誌] 神野耕太郎: "膜電位感受性色素による解析" 実験医学. (印刷中). (1995)
• [文献書誌] Kamino,K.: "Progress in Biomedical Optics:Proceedings of Clinical Applications of Modern Imaging Technology II." SPIE,Bellingham WA,USA, 494 (1994)