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

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13358013
• Research Institution: Niigata University
• Principal Investigator: 澁木 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: フラビン蛋白質 / 光学的解析法 / 脳切片 / 大脳皮質 / 聴覚野 / 体性感覚野

Research Abstract

生体組織の内因性蛍光の多くはフラビン蛋白質などの酸素代謝に密接に関連した物質に由来する。また神経細胞が刺激されたときに酸素消費が増加するが、同時にフラビン蛋白蛍光の変化が起きることも知られている。本研究ではこの酸素代謝と密接にリンクした自家蛍光変化を利用し、新たな神経活動の画像解析法を開発しようとするものである。昨年度までの研究でラット大脳聴覚野切片及びウレタン麻酔下したラットの大脳体性感覚野で神経活動をフラビン蛋白蛍光変化として観察できることを確認した。本年度はこれらの流れを受け、本法の改良を行った。
フラビン蛋白蛍光による脳活動のイメージングは神経活動が蛍光変化に転化されるまで200-300ミリ秒しか要せず、しかも信号が非常に大きい。そこで今回我々は、個々のニューロン活動に由来する蛍光の揺らぎを想定し、神経発火相関の空間分布を可視化することを試みた。まず心拍や呼吸の影響を評価するため、ウレタン麻酔したラットの体性感覚野をテトロドトキシンを含む寒天で覆って蛍光を記録した。ピクセル毎にフレームあたりの蛍光差分を計算し、任意に選んだ解析枠(ROI)における差分との相関を計算すると、呼吸リズムに一致したパターンが現れた。そこで予め呼吸運動に同期する成分を元の蛍光画像データから減算した後に相関を計算すると、呼吸運動の影響をうまくキャンセル出来た。さらにテトロドトキシンを含まない寒天で覆った体性感覚野から呼吸成分に同期する成分を減算した後、相関分布を計算すると、基準となるROIの周辺に正の相関を示すピクセルが分布していることが判った。また基準となるROIの近傍にタングステン電極を刺入し、テタヌス刺激を加えた後で再び計算すると相関の程度が強まった。我々はこの現象はシナプス増強によってニューロン間の結合が強まり、その結果個々のニューロンがより密接に同期して発火する傾向が強まったためであると解釈している。

Research Products

• [Publications] 工藤雅治他2名: "Differential dependence of LTD on glutamate receptors in the auditory cortical synapses of cortical and thalamic inputs"Journal of Neurophysiology. 88. 3167-3174 (2002)
• [Publications] 菱田竜一他4名: "Anisotrapic functional connections between the auclitory cortex and area18a in rat cerebral slices"Neuroscience Research. (in press). (2003)
• [Publications] 小野健太郎他2名: "Relational diocrimination learning between amplitude-modulated sounds in the rat"Neurosicience Letters. (in press). (2003)