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睡眠-覚醒リズムは、延髄・橋・中脳といった脳幹ならびに視床下部に点在する「睡眠調節ニューロン群」により作られるという考えが多くの睡眠研究者により共有されている。これらの部位を破壊もしくは刺激すると睡眠-覚醒リズムが乱れること、これらの部位に睡眠-覚醒の状態ごとに発火パターンを変えるニューロンが多数存在することがその根拠であるが、睡眠調節ニューロン群間の相互作用については未だ不明な点が多い。本研究では、この相互作用を明らかにするためにまず「動物を用いた電気生理実験」を行った。特に今回は、睡眠調節ニューロン群の一つである縫線核に存在するセロトニンニューロンと非セロトニンニューロン間の相互作用を調べた。その結果、セロトニンニューロンは今まで知られていたような縫線核外のニューロンからだけではなく近傍のニューロンからも強い興奮性、抑制性入力を受けていることを示す結果が得られた。さらに、現在知られている睡眠調節ニューロン群間の相互作用に関する知見が十分かどうかを調べるために、最新の知見を組み込んだ「睡眠-覚醒サイクル制御機構の数理モデル」を作成し、計算機シミュレーション実験を行った。このモデルが動物やヒトの睡眠-覚醒サイクルを忠実に再現できること、すなわち我々が作成したモデルが現実的であることを示唆する結果が得られた。またこのモデルを用いて睡眠障害の一つであるナルコレプシー患者に診られる情動脱力発作のシミュレーションに成功し、そのメカニズムを示唆することに成功した。
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