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本研究は，脳の神経活動やそれに関連して生じるグリア細胞の活動を解析する新しい光学イメージング計測・解析法を開発することを目的として実施された．まず，脳の神経血管カップリングに由来する皮質血液量動態を観察する散乱光イメージング法と，神経代謝活動を反映するフラビンタンパク自家蛍光を同時計測するための光学イメージング実験システムと解析法を開発した．この実験システムおよび解析法を用いて，マウスの大脳皮質の可視領域の自家蛍光および散乱光を経蓋的に計測し，自発性脳活動を解析した．光学イメージングと同時に脳波・筋電図を測定することにより，光学特性の変化を睡眠・覚醒状態に関連付けて評価した．その結果，徐波睡眠時の大脳皮質において観察されるフラビン蛍光の１Hz 周辺の振動成分が脳波の徐波活動と同期していることが確認された．従来の研究では，神経血管カップリング由来の成分が混入している可能性が指摘されていたが，本手法により血液量変動成分を除去した結果，これが神経活動を直接反映していることが明らかになった．また，レム睡眠期におけるフラビン蛍光が減弱する現象について，これが神経活動の低下によるものではなく，血液量の増加による遮蔽効果であるという仮説を支持する結果も得られた．
本実験システムおよび解析法を，外因性蛍光イメージングにより測定する手法である統合光学イメージング法と組み合わることにより，脳実質の拡散特性をin vivoで測定可能にする新しい実験系を開発した．マウスを用いた動物実験の結果，イソフルラン麻酔深度を深くすると，脳実質の拡散定数が増加することが明らかになった．脳実質の拡散特性はグリア細胞の膨張・収縮特性を反映していると解釈されていることから，本手法は，脳の神経細胞と血管系とそれらを媒介するグリア細胞の活動を同時に光学イメージング解析することを可能にするものであるといえる．
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