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世界初! 玉川大学脳科学研究所 -- 脳の領域間を伝わる信号を一挙に観測できる新手法の開発に成功! -- 脳の通信プロトコルの解読に一歩近づく

玉川大学 2017年02月02日 14時05分
From Digital PR Platform


玉川大学脳科学研究所(東京都町田市 所長:木村實)の礒村宜和(いそむらよしかず)教授を中心とした、玉川大学・福島県立医科大学・東北大学の共同研究グループは、世界で初めて脳領域間を伝わる信号を一挙に観測できる新手法の開発に成功した。
今回の研究では、「スパイク衝突」(※用語解説)という現象を利用して、多数の領域間の配線関係を並行して同定し、それらの配線を伝わるスパイク信号を同時に観測することができる新しい方法を初めて開発し、「Multi-Linc法」(マルチリンク法)と名付けた。
実際に、この手法を行動中のラットの大脳皮質に適用することで、大脳皮質に存在し出力先の異なる2種類の神経細胞を(顕微鏡で軸索の行先を確認することなく)同定するとともに、両者のスパイク信号の特性の違いや行動との関連性も見出され、本手法の有用性を実証することができた。
本研究の成果は、脳神経科学の重要な基盤技術の一つとして、異なる脳領域はスパイク信号を使って一体どのように情報をやりとりしているのか、すなわち「脳の通信プロトコル(手順)」を解読する研究の突破口を拓くことが期待される。
本研究成果は、米国の神経科学分野の学術誌 “Cerebral Cortex”(オンライン版: リンク )に2017年1月31日(日本時間)に掲載された。


<この研究のポイントと展望>
・脳領域間を伝わるスパイク信号を効率よく追跡する新手法を開発(世界初)
・実際に行動中のラットの大脳皮質の神経細胞のスパイク信号と出力先を同定
・将来、脳内の神経細胞間の通信ルールの解読につながる可能性のある基盤技術
・マーモセット等の霊長類の複雑な脳の仕組みや働きを探る研究にも応用可能

<今後の発展>
 本研究では、行動中の動物における脳領域間の情報伝達を細胞単位かつミリ秒単位で効率よく追跡する革新的な脳活動計測技術を確立した。本手法は、ラットやマウスのような小さな脳だけでなく、マーモセット等の霊長類の大きくて複雑な脳の仕組みや働きを探る研究にも応用可能。現在、コンピュータによる自動化の技術を採り入れて、この手法の大幅な効率化と大規模化の実現を目指している。
 本研究の成果は、脳神経科学の重要な基盤技術の一つとして、異なる脳領域はスパイク信号を使って一体どのように情報をやりとりしているのか、すなわち「脳の通信プロトコル(手順)」を解読する研究を促進することが期待される。

<用語解説>
・スパイク衝突とは
 出力先の領域に達した軸索部を刺激してスパイクを人為的に発生させた際に、そのスパイクが軸索を逆行し、神経細胞の本体から出力先に向かって軸索を伝わってくる自然なスパイク信号と衝突し、両スパイクが消失する現象のこと。スパイク衝突の検出は、軸索が出力先まで直接到達している証明となる。

※研究の内容・研究の背景等は補足資料(添付PDF)をご覧ください。

<掲載論文名>
 In vivo spiking dynamics of intra- and extratelencephalic projection neurons in rat motor cortex
 和訳)ラット運動野における終脳内・外投射神経細胞のインビボ発火ダイナミクス

<発表誌>
 Cerebral Cortex (Oxford University Press)
 リンク

<本研究について>
 玉川大学、福島県立医科大学、東北大学の共同研究として、日本医療研究開発機構(AMED)の革新的技術による脳機能ネットワークの全容解明プロジェクト、科学技術振興機構(JST)戦略的創造推進事業(CREST)、科学研究費補助金、私立大学戦略的研究基盤形成支援事業などの支援により実施された。

<執筆者一覧>
・玉川大学 脳科学研究所 齊木 愛希子
・玉川大学 脳科学研究所 酒井 裕
・福島県立医科大学 深堀 良二
・玉川大学 脳科学研究所 相馬 祥吾
・玉川大学 脳科学研究科 吉田 純一
・玉川大学 脳科学研究科 川端 政則
・東北大学 生命科学研究科 八尾 寛
・福島県立医科大学 小林 和人 
・玉川大学 脳科学研究所 木村 實
・玉川大学 脳科学研究所 礒村 宜和

●玉川大学脳科学研究所:本リリースの掲載URL
 リンク

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 〒194-8610 東京都町田市玉川学園6-1-1
 TEL: 042-739-8710 
 E-mail: pr@tamagawa.ac.jp

▼研究内容に関する問い合わせ先
 玉川大学 脳科学研究所
 教授 礒村 宜和
 TEL: 研究室042-739-8430
 E-mail: isomura@lab.tamagawa.ac.jp

▼AMEDの事業に関する問い合わせ先
 日本医療研究開発機構 戦略推進部 脳と心の研究課
 TEL: 03-6870-2222
 E-mail: brain-pm@amed.go.jp

【リリース発信元】 大学プレスセンター リンク

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