光学計測による神経系の複雑適合系に関する研究

1999 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 11694252
• 研究種目: 基盤研究(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: 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, 大学院・医歯学総合研究科, 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: 光学計測 / 神経系 / 複雑適合系 / ニューロン活動 / 試行間変動 / 内因性光学シグナル / 膜電位感受性色素

研究概要

本年度は、以下の手順に沿って研究をすすめた。
1. 神経系における「複雑適合系」についての研究は、ニューロンの機能的集合体におけるニューロン間に形成される統合的機能を解析することであり、特に、trial-to-trial variebilityのなかに潜むregularity(規則性)、consistensy(整合性)を実験指標とし、その中に、複雑適合系についての解析を行った。したがって、この研究では、個々のニューロンの特性というよりも、ニューロン集合体としてのダイナミックな特性を調べあげることが、ストラテジーであり、それに対しては、われわれ3グループが即戦力として持っている「ニューロン活動の光学的多チャネル計測法」を駆使した。
2. この「ニューロン活動の光学的計測法」では、膜電位感受性色素を用いて、ニューロンの電位活動を光学的シグナルに変換し、それを多素子フォトダイオードアレイで多数ヶ所あるいは多数個のニューロンから電位活動を同時記録し、さらに、医歯大グループは内因性光学シグナルの計測も行った。
3. 現在、われわれ3グループは、100〜1020素子フォトダイオードアレイによる計測システムおよび画像化システムを保有しているが、この方法を駆使して、脳幹、視覚野、体性感覚野、下垂体、脳管神経系を対象とした実験を行った。
4. 本年度は、まず、各々の対象について、「複雑性適合系」を実験的に具体的描像として検証することからはじめ、その創発パターンを分類し、各々の基本的性状を整理した。特に、夏期にWoods Holeの海洋生物学実験所(MBL)、冬季に東京に集結して、各々のデータの比較検討および国際シンポジウムを行い、その中で基本的な問題を抽出したうえで、さらなる共同実験についての計画案について検討した。

研究成果

• [文献書誌] Arai, Y.et al.: "Optical mapping of neural network activity in the chick spinal cord at an intermediate stage of embryonic development."Journal of Neurophysiology. 81. 1889-1902 (1999)
• [文献書誌] Momose-Sato, Y. et al.: "Optical imaging of spatiotemporal patterning of neural responses in the embryonic chick superior cervical ganglion."Neuroscience. 90. 1069-1083 (1999)
• [文献書誌] Momose-Sato, Y. et al.: "Optical identification of calcium-dependent action potentials transiently expressed in the embryonic rat brainstem."Neuroscience. 90. 1293-1310 (1999)
• [文献書誌] Sato, K. et al.: "Optical mapping reveals the functional organization of the trigeminal nuclei in the chick embryo."Neuroscience. 93. 687-702 (1999)
• [文献書誌] Momose-Sato, Y. et al.: "Evaluation of voltage-sensitive dyes for monitoring for long-term recording of neural activity in the hippocampus."Journal of Membrance Biology. 172. 145-157 (1999)
• [文献書誌] Tanaka, T. et al.: "Physiological consistency in trial-to-trial variation in intrinsic-optical responses to single-whisker movement in the rat D1-barrel cortex."Neuroscience Research. (in press) (2000)
• [文献書誌] Momose-Sato, Y. et al.: "Optical approaches to embryonic development of neural function in the brainstem."Progress in Neurobiology. (in press).
• [文献書誌] 神野耕太郎 他: "膜電位感受性色素をもちいた計測と解析法"日本生理学雑誌. 61. 95-134 (1999)
• [文献書誌] 新井嘉容 他: "鶏胚脊髄スライス神経回路網の光学的マッピング"脊髄電気診断学. 21. 5-8 (1999)
• [文献書誌] 新井嘉容 他: "焦点/基礎研究最前線 光学的計測法による脊髄神経回路形成の解析"脊椎・脊髄ジャーナル.
• [文献書誌] 神野耕太郎 他: "膜電位活動の光学的計測"日本レーザー医学会誌. 20. 391-403 (1999)
• [文献書誌] 佐藤勝重 他: "non-RI分子生物学実験プロトコール"羊土社. 199 (1999)