ニューロン電位活動の光学的機能マッピングによる三叉神経核の三次元的機能構築の解析

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14580786
• Research Institution: Tokyo Medical and Dental University
• Principal Investigator: 佐藤 勝重 東京医科歯科大学, 大学院・医歯学総合研究科, 講師 (80291342)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 佐藤 容子 東京医科歯科大学, 大学院・医歯学総合研究科, 講師 (70251501)
• Keywords: 光学的計測 / 膜電位感受性色素 / 中枢神経系 / シナプス / 鶏胚 / ラット胚 / 三叉神経核 / 機能構築

Research Abstract

個体発生の過程において、中枢と末梢とを結ぶ入・出力の終止・起始核である脳幹神経核が、どのようなプロセスで機能的に形成されていくのかは、中枢神経系の機能的構築を理解する上で、最も基本的な問題点の一つである。我々は、中枢神経系の機能形成/構築過程を明らかにする目的で、膜電位感受性色素とニューロン電位活動の光学的多チャネル計測法を発生初期の鶏胚・ラット胚に適用し、個体発生に伴う神経回路網の機能的システム構築と、それに関わる受容体の機能的発現過程について解析を行っている。本年度は、ラット胚脳幹における三叉神経核の機能的形成過程について解析を行った。膜電位感受性色素で染色したE12-E16のラット胚脳幹において、眼神経(V1)、上顎神経(V2)、下顎神経を別々に刺激し、得られた光学的シグナルのマッピングから三叉神経主知覚核、脊髄路核を同定した。各神経刺激により活動電位はE13から誘発されたが、EPSPはE15になって始めて観察された。E14では、normal Ringer液中ではEPSPは観察されなかったが、外液からMgイオンを取り除くと小さなEPSPが誘発された。電子顕微鏡を用いた形態学的観察では、E16においても神経核に明らかなシナプスは観察されず、発生初期にはいわゆるシナプス構造がなくとも、神経伝達がなされていることが示唆された。さらに、3本の感覚神経の応答領域を比較した結果、これらの応答領域には、この時期すでにsomatotopyが存在することが示された。

Research Products

• [Publications] Momose-Sato, Y.et al.: "Optical analysis of large-scale depolarization waves in the embryonic brain : a dual network of gap junctions and chemical synapses."Journal of Neurophysiology. 89. 600-614 (2003)
• [Publications] Momose-Sato, Y.et al.: "Depolarization waves in the embryonic CNS triggered by multiple sensory imputs and spontaneous activity : optical imaging with a voltage-sensitive dye."Neuroscience. 116. 407-423 (2003)
• [Publications] Sato, K., Momose-Sato, Y.: "Optical detection of developmental origin of synaptic function in the embryonic chick vestibulocochlear nuclei."Journal of Neurophysiology. 89. 2315-3224 (2003)
• [Publications] Miyakawa, N.et al.: "Optical analysis of acute spontaneous epileptiform discharges in the in vivo rat cerebral cortex."NeuroImage. 18. 622-632 (2003)
• [Publications] Sasaki, S.et al.: "Postnatal changes in intrinsic optical responses to peripheral nerve stimulation in the in vivo rat spinal cord."NeuroImage. 20. 2126-2134 (2003)
• [Publications] Momose-Sato, Y.et al.: "Optical mapping of the functional organization of the rat trigeminal nucleus : Spatial and temporal dynamics of sensory information transfer during embryogenesis."Journal of Neuroscience. (in press). (2004)
• [Publications] Sato, K.et al.: "Optical survey of neural circuit formation in the embryonic chick vagal pathway."European Journal of Neuroscience. (in press). (2004)
• [Publications] Miyakawa, N.et al.: "Keio University International Symposia for Life Sciences and Medicine Vol.11, The Neural Basis of Early Vision"Spinger-Verlag. 5 (2003)
• [Publications] Sato, K.et al.: "Light Scattering Imaging of Neural Tissue Function"The Humana Press Inc(in press). (2004)