| 研究課題/領域番号 |
15K21175
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| 研究機関 | 島根大学 |
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研究代表者 |
河合 美菜子 島根大学, 医学部, 助教 (50710109)
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| 研究期間 (年度) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| キーワード | 光学的多領域膜電位測定 / ラット / 体性感覚野 / 興奮波伝播 / 末梢神経損傷 |
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| 研究実績の概要 |
我々の研究室では、独自に開発した光学的多領域膜電位同時測定システムを用い、ラット大脳皮質の体性感覚野の神経活動を解析している。この光学的測定システムを用いることで、皮膚感覚刺激によって生じた神経興奮は、体性感覚地図上の対応する一点から始まり、その後興奮波となって体性感覚野を広範囲に伝播していくことを明らかにしてきた。本研究では、この神経回路網の構造と活動を反映する「興奮波伝播パターン」を指標として、末梢神経切断後の機能回復の初期過程を明らかにすることを目的としている。初年度は、末梢神経切断直後の急性期に焦点を当て、実験を行った。
計画当初は、後肢の坐骨神経をターゲットとしていたが、前肢の尺骨神経を対象とした実験に変更した。その理由は、（１）尺骨神経のほうがより体表に位置し、処置を行いやすいこと、（２）隣接する正中神経と一部支配領域が重複しているため、対側体性感覚野の活動への影響も解析することができる（計画にある尺骨神経切断方法では脳梁を介した同側体性感覚野の活動しか観察できない）こと、の二点である。
尺骨神経を完全挫滅し、挫滅する直前（PRE）、直後（t0）、30分後（t30）の光学記録を行った結果、神経挫滅後でも刺激応答が観察され、この応答は正中神経由来のものであると推測された。前肢刺激を与えてから体性感覚野上に応答が表れるまでの潜時は、PREと比較してt0、t30で有意に長くなっていた。興奮の起始部における光学シグナル波形を比較すると、振幅はPREと比較してt0で有意に大きくなっていた。また、興奮波の起始部から周辺部への興奮波の伝播速度を比較すると、起始部よりも内側（体性感覚地図上の小指側）でPREと比較してt0、t30では伝播速度が有意に遅くなっていた。これらの結果は、末梢神経切断後の非常に早期の段階で、体性感覚野の再構成に関わる変化がすでに起こっていることを示唆する。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
対象とする神経を坐骨神経から尺骨神経に変更したこと以外は、当初の計画通りに実施できている。さらに、当初の計画では単一の末梢神経切断の影響のみを観察する予定であったが、尺骨神経に変更したことで隣接する神経の切断による影響も併せて観察することができた。現在は、尺骨神経の切断だけではなく、（１）正中神経を切断した場合、（２）刺激部位と切断された神経の支配領域の比較（つまり、刺激部位を親指側掌球、小指側掌球、小指と細かく区別した際の、正中または尺骨神経切断後の神経活動変化の比較）、の実験もすでに行い、解析を進めている。これらの実験結果は、当初の計画よりもさらに詳細に末梢神経切断後に起こる中枢神経系の変化を解明することが可能である。
また、現在の実験では切断した神経の対側の大脳皮質上の記録しか実施していないが、実験手法を改良することで両側の大脳皮質の記録も可能であることが判明した。末梢神経切断後の両側の体性感覚野における神経活動の変化を一個体内で観察することは、当初の計画以上の発見を期待でき、現在実験を進めている。
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| 今後の研究の推進方策 |
平成28年度の前半は、平成27年度に計画していた神経切断後急性期の実験をさらに発展させ、神経切断直後の両側の体性感覚野における神経活動の記録を実施する。この両側体性感覚野記録の手法を完全に確立させた後、当初の計画通り、ラットを脱神経（DNV）、神経回復（RNV）、擬似手術（Sham）のグループに分け、神経切断後慢性期に起こる変化を解明する。計画では、テレメトリーシステムを用いて筋電図記録を実施する対象筋をヒラメ筋としていたが、尺骨神経（UN）の支配筋である尺側手根屈筋（FCU）、正中神経（MN）の支配筋である橈側手根屈筋（FCR）、そして両神経の二重支配を受けている深指屈筋（FDP）の3種類の屈筋に変更する。具体的には、UN-DNV、-RNVグループではFCUおよびFDP、MN-DNV、-RNVグループではFCRおよびFDP、Shamグループでは全ての筋を対象筋として両側のEMG同時記録を実施する予定である。
ヒラメ筋と比較して、新しく対象とする筋はいずれも体積の小さい筋であるため、テレメトリーシステムを使用してEMGを記録するにあたり電極の配置等を精査する必要がある。また、Shamグループにおいて、EMGの両側同時記録を行う筋を（１）1種類ずつ、（２）2種類の組み合わせ（FCU+FDPまたはFCU+FDP）、（３）3種類同時、に分けて実験を行い、電極を装着すること自体が体性感覚野興奮波伝播パターンに影響を及ぼさないことを明確にした上で、DNV、RNVグループの実験を行う予定である。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
光学記録の実験手法を見直すことで、膜電位感受性色素の濃度を0.4 mg/lから0.1 mg/lに大幅に削減することができたため、予定していた色素購入量より実際の購入量が少なくなった。加えて、ラットの体性感覚刺激用の電極等、本実験に適した形状のものを自作することで、経費削減に成功し繰越金が発生した。
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| 次年度使用額の使用計画 |
現在使用している膜電位感受性色素とは別の色素、および専用の励起光フィルタ、蛍光フィルタの購入を検討している。新しい色素の導入に成功すれば、現在使用している色素よりも安価で入手も容易であるため、さらなる経費削減につながる。しかし、これまで使用していたフィルタは使用できないため、新たに購入する必要があり、その購入資金に繰越金を充てる予定である。
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