内因性酸化還元蛍光を利用したヒト脳活動画像解析システムの開発

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13358013
• Research Institution: Niigata University
• Principal Investigator: 渋木 克栄 新潟大学, 脳研究所, 教授 (40146163)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 田中 隆一 新潟大学, 脳研究所, 教授 (30018816) ; 菱田 竜一 新潟大学, 脳研究所, 助手 (90313551) ; 工藤 雅治 新潟大学, 脳研究所, 助教授 (80153310) ; 講内 毅 浜松ホトニクス, システム事業部, 研究開発員
• Keywords: フラビン蛋白 / 光学的解析法 / 脳切片 / 大脳皮質 / 聴覚野 / 体性感覚野

Research Abstract

本年度は研究目標を達成するため、主にラットを用いた動物実験でフラビン蛋白蛍光を用いる光学的解析法の特性を解析した。まず大脳切片で電気刺激に対して青色励起光に対する緑色自家蛍光が大きく変化することを見出した。この波長はフラビン蛋白質の蛍光に相当する。また反応はテトロドトキシンや無カルシウム液、無グルコース液、フラビン蛋白質の特異的な阻害剤のDPIなどでブロックされた。以上から少なくとも脳切片標本のレベルではフラビン蛋白蛍光を用いた神経活動の光学的な記録が可能であることが判った。
次にウレタン麻酔下のラットの大脳皮質表面を露出し、脳切片標本と同様のフラビン蛋白蛍光変化が観察できるかどうかを検討した。タングステン電極を脳に直接刺入し、電気刺激を加えると刺激局所の蛍光強度が上昇した。また前肢・後肢の機械的刺激に対する体性感覚野の、また音刺激に対する聴覚野の反応も記録した。これらは0.1-0.3秒程度の時間分解能をもち、また振幅が電気刺激に対して20%、自然刺激に対して2-3%と非常に大きいという特徴を示した。これは従来の方法で得られる光学的な反応振幅と比べ10-100倍にも相当する。またこの方法で得た蛍光反応と電気的に記録した電場電位の分布は非常に良い相関を示した。蛍光反応に引き続き、動脈血流の増加が吸光像として観察された。蛍光変化はDPIで阻害され、動脈血流の増加が吸光像の変化はNO合成酵素阻害剤で阻害された。また通常は片側後肢の機械刺激は対側の体性感覚野を興奮させるが、同側の体性感覚野を電気的に高頻度で刺激した後に記録を行うと、片側後肢の刺激に対して両側の体性感覚野が反応を示すようになった。この結果は両側大脳皮質をつなぐ神経回路が活動依存性の可塑性を示すことを示唆する。

Research Products

• [Publications] 渡部俊介 他3名: "Long-lasting memory of sounds combined with reward in rats."Neuroscience Letters. 311. 25-28 (2001)
• [Publications] 関 健二朗 他2名: "Sequence dependence of posttetanic potentiation after sequential heterosynaptic stimulation in the rat auditory cortex."Journal of Physiology (London). 533. 503-518 (2001)
• [Publications] 木村慎二 他6名: "Cerebrospinal Fluid Nitric Oxide Metabolites are Novel Predictors of Pain Relief in Degenerative Lumbar Diseases."Pain. 92. 363-371 (2001)