ニューロン活動の光学的多点計測による循環/呼吸中枢の自律分散システムに関する研究

1998 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 10480224
• 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: 鈴江 俊彦 東京医科歯科大学, 医学部, 助手 (40143565) ; 佐藤 勝重 東京医科歯科大学, 医学部, 助手 (80291342) ; 佐藤 容子 東京医科歯科大学, 医学部, 講師 (70251501) ; 酒井 哲郎 東京医科歯科大学, 医学部, 助教授 (40153845)
• キーワード: 光学的計測 / 循環中枢 / 呼吸中枢 / 脳機能マッピング / 自律分散システム / 延髄

研究概要

心血管系や呼吸の神経性調節に関与する中枢機構のコアシステムやおおまかな神経回路は、解剖学的および生理学的研究によって近似的なプロフィルが得られているが、神経回路の詳細やダイナミックな作動様式については、まだ統一的な描像が得られるまでに至っていない。これは、これらの中枢機能がダイナミックな複雑系であり、自律分散システムであるためと考えられる。本研究では、循環/呼吸中枢の機能的構成における自律分散システムと情報処理過程の具体的描像を明らかにすることを目的としている。
本年度は、本研究の二つの柱であるin vitro系とin vivo系のうち、in vitro系について主として解析を行った。鶏胚、ラット胚において、迷走神経、舌咽神経をつけたままの延髄intact標本、slice標本を作製し、両神経の刺激によって延髄内に誘発されるニューロン活動を光学的シグナルとして計測した。標本をメロシアニン・ローダニン系膜電位感受性色素NK2761で染色し、12x12あるいは34x34マトリックス型フォトダイオード・アレイを用いて、延髄内の128箇所または1020箇所の領域から、電位活動を同時記録した。測定されたシグナルの波型解析から、シナプス前、シナプス後電位を同定し、各領域間の伝播時間を算出することによって、ニューロン活動の空間的、時間的パターンのイメージング及び解析を行った。迷走神経、舌咽神経の刺激により、各々の神経核に対応した領域からニューロン応答が得られたが、両神経の感覚核領域(孤束核)における応答は、時間的・空間的に重なり合っており、このことから迷走神経・舌咽神経間では、孤束核のレベルで機能的に何らかのinteractionが生じている可能性が示唆された。

研究成果

• [文献書誌] Momose-Sato,Y.: "Optical imaging of spatiotemporal patterning of neural responses in the embryonic chick superior cervical ganglion." Neuroscience. (in press). (1999)
• [文献書誌] Momose-Sato,Y.: "Optical identification of calcium-dependent action potentials transiently expressed in the embryonic rat brainstem." Neuroscience. (in press). (1999)
• [文献書誌] Arai,Y.: "Optical mapping of neural network activity in the chick spinal cord at an intermediate stage of embryonic development." Journal of Neurophysiology. (in press). (1999)
• [文献書誌] Sato,K.: "Optical mapping of neural responses in the embryonic rat brainstem with reference to the early functional organization of vagal nuclei." Journal of Neuroscience. 18. 1345-1362 (1998)
• [文献書誌] Momose-Sato,Y.: "GABA-induced intrinsic light-scattering changes associated with voltage-sensitive dye signals in embryonic brainstem slices:coupling of depolarization and cell shrinkage." Journal of Neurophysiology. 79. 2208-2217 (1998)
• [文献書誌] Sakai,T.: "Optical monitoring of synaptic transmission in bullfrog sympathetic ganglia using a voltage-sensitive dye." Neuroscience Letters. 242. 1-4 (1998)
• [文献書誌] Sakai,T.: "A regional gradient of cardiac intrinsic rhytmicity depicted in embryonic cultured multiple hearts." European Journal of Physiology. 437. 61-69 (1998)
• [文献書誌] 神野耕太郎: "心臓の発生と調律の発現." Japanese Journal of Electrocardiology. 18. S2・32-S2・54 (1998)
• [文献書誌] 神野耕太郎: "ニューロン電位活動の光学的計測研究の進歩." 膜. 23. 186-195 (1998)
• [文献書誌] 新井嘉容: "光学的多チャネル計測法による脊髄神経回路形成の探索." 脊髄電気診断学. 20. 5-8 (1998)
• [文献書誌] 神野耕太郎: "膜電位感受性色素を用いた計測と解析法." 日本生理学雑誌. (in press). (1999)
• [文献書誌] Sato,K.: "Optical mapping of neural responses in the embryonic rat brainstem:early functional organization of vagal nuclei. In “Frontiers of Neural Development"" Springer-Verlag,Tokyo, 404-409 (1998)
• [文献書誌] 神野耕太郎: "「脳の科学」創刊号. 脳の機能発生/形成を光学的イメージングでとらえる." 星和書店, 59-65 (1998)
• [文献書誌] 佐藤勝重: "膜電位の光学的計測. non-RI分子生物学実験プロトコール." 羊土社 (in press), (1999)