ニューロン活動の光学的多チャネル計測による神経系機能の分散処理システム機構の解析

1996 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 07044231
• 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: SALZBERG Bri ペンシルバニア大学(米国), 医学部, 教授 ; COHEN Lawren エール大学(米国), 医学部, 教授 ; 佐藤 勝重 東京医科歯科大学, 医学部, 助手 ; 佐藤 容子 東京医科歯科大学, 医学部, 助手 (70251501)
• キーワード: 中枢神経系 / 分散システム / 光学計測 / 脳幹 / 脊髄 / アプリシア / 腸管神経叢 / 視床下部

研究概要

中枢神経系は多数のニューロンやグリアから構成されているが、その構成要素としての個々のニューロンは自律性を各々備えていると同時に、さらにそのニューロン直接・間接に複雑な機能的・構造的相互作用のネットワークで結ばれ、統合的機能構成を形成している。個々のニューロンの特性もふくめて、そのネットワークの活動パターンを解析することは中枢機能を理解する上で重要である、それらのネットワーク活動の機構については、多くのアプローチや考え方が提示されているが、その構造要素の多様性と相互関係の複雑性のために、まだ本質的な解明にはほど遠い課題として残されている。特に、従来の考え方のみに固執するだけでは、問題は解けそうにもないようにみえる。このような状況にあって、最近、本研究課題の分担であるL.B.Cohenら(Yale大)によって、中枢神経系機能の分散処理と整合性が指摘され、一つの新しい研究の方向が示唆された。これは、中枢神経系の統合的機能についての研究に一つの方向性を与えるものであり、この問題に対する有効なアプローチであると考えられる。そこで、このような「神経系の分散処理システムの基本」を明らかにすることを目的として、「ニューロン活動の光学的計測」という共通の研究手段を持つ本研究課題の代表者の研究室と米国の二つの研究室が共同研究を実施してきた。
以上の戦略にしたがって、前年度に引き続き平成8年度では次のような研究が進められた。
医科歯科大学グループ:
(1)鶏胚、ラット胚の脳幹における孤束核、迷走神経運動背側核、疑核との形態形成とそれに共役したニューロン活動の時間的、空間的パターン形成を追跡し、「分散システム」の構成について解析を行った。そのパターン形成のtrial-to-trial variations,animal-to animal variationsから分散システムの形成が示唆される結果が得られた。
(2)さらに脊髄における機能形成についての解析を行ない、脊髄での分散システムとしての機能形成について解析した。(これはエール大学グループの研究と関連したものである。)
エール大学グループ:
(1)アプリシアの腹部神経節における分散処理機構の解析が行われた。
(2)鶏胚脊髄における運動ニューロンの活動パターンの解析がなされた。(これは、前述の医歯大グループの研究と関連したものである。)
ペンシルバニア大学グループ:
(1)ラット腸管神経叢における分散処理機構をニューロンレベル間のシステム構成の側面から解析し、分散処理機能の基本パターンが明らかにされてきた。
(2)ラット視床下部の研究が開始された。これは興奮-分泌関連における分散システムの解析をめざしたものである。
以上について、夏期にはウッズホールMBLにおいて共同実験を行った。

研究成果

• [文献書誌] Momose-Sato,Y.: "Optical mapping of early embryonic expressions of Mg^<2+_>/APV-sensitivecomponents of vagal glutaminergic EPSPs in the chick brainstem." The Journal of Nruroscience. 14. 7572-7584 (1994)
• [文献書誌] Sato.K.: "Responses to glossopharyngeal stimulus in the early enbryonic chick brainstem : spatiotemporal patterns in three dimensions from repeated multiple site optical recording of electrical activity." The Journal of Neuroscience. 15. 2123-2140 (1995)
• [文献書誌] Momose-Sato,Y.: "A novel γ aminobutyric acid response in the embryonic brainstem as revealed by voltage-sensitive dye recording." Neuroscience Letters. 191. 193-196 (1995)
• [文献書誌] Momose-Sato,Y.: "Evaluation of optimal voltage-sensitive dyes for optical monitoring of embryonic neural activity." The Journal of Membrane Biology. 144. 167-176 (1995)
• [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. 56. 187-194 (1995)
• [文献書誌] Sato,K.: "Optical studies of the biphasic modulatory effects of glycine on EPSPs in the chickbrainstem and their embryogenesis." Neuroscience. 72. 833-846 (1996)
• [文献書誌] 共立出版、東京: "1993" 膜学実験シリーズ第1巻 生体膜編, (424)
• [文献書誌] Kamino,K.: "Progress in Biomedical Optics : Proceedings of Clinical Applications of Modern Imaging Technology II." SPIE,Bellingham W.A.,USA, 494 (1994)
• [文献書誌] 佐藤容子: "膜学実験シリーズ第1巻 生体膜編" 共立出版、東京, 424 (1993)
• [文献書誌] Momose-Sato,Y.: "GABA : Receptors,Transporters and Metabolism : Advances in Pharmacological Sciences." Birkhauser,Basel,Switzerland, 328 (1996)