理化学研究所(理研)と早稲田大学は、これらの共同研究グループが、マウスを用いて、多感覚刺激に対する大脳皮質の新たな神経応答を発見したことを発表した。
この成果は、理研 脳科学総合研究センター行動遺伝学技術開発チームの糸原重美氏、黒木暁氏、吉田崇将氏、細胞機能探索技術開発チームの宮脇敦史氏、早稲田大学大学院先進理工学研究科生命医科学専攻の大島登志男教授らの共同研究グループによるもので、米国のオンライン科学雑誌「Cell Reports」に3月13日付けで掲載された。
-
麻酔下・感覚刺激がない条件での徐波自発活動の解析(出所:早大ニュースリリース)
我々は普段の生活の中で、常に複数の感覚情報を同時に受け取っており、例えば動物の姿(視覚)と鳴き声(聴覚)など複数の感覚情報を統合することで、対象をより正確に素早く知覚することができる。これまで、脳の多くの領域において複数感覚に対する応答が報告されていたが、これらの領域がどのように連携して情報を統合しているのかは明らかにされていなかった。
共同研究グループは、感覚統合の研究においては細胞種ごとに脳の広い領域を同時に観察する手法が有用であると考え、大脳皮質全体の活動を、細胞種を限定して観察できる広域カルシウムイメージング法に着目した。これは特定の細胞種の広い範囲の神経活動を同時に計測できる手法だが、大脳皮質の抑制性神経細胞など数が少ない神経細胞種の観察では、シグナル強度が弱く、観察にはまだ十分とは言えなかった。
そこで共同研究グループは、信頼性の高い光学シグナルを興奮性細胞もしくは抑制性細胞選択的に発する遺伝子改変マウスを新たに作製し、感覚刺激がない状態と多感覚刺激を与えた状態での大脳皮質全体の活動を解析した。その結果、1ヘルツ以下の「徐波」と呼ばれる遅い神経振動活動が、興奮性ネットワークにも抑制性ネットワークにも明確に観察された。
徐波は感覚刺激がない状態でも観察され、その流れの中で、大脳皮質連合野の正中・頭頂領域がハブのような特徴を示した。また、感覚刺激によってこのハブ様領域を中心に大脳皮質全体で、徐波が刺激試行ごとにそろう現象(位相同期)を発見した。この現象は興奮性ネットワークのみで起こり、多感覚刺激によってより正確にそろった。神経振動活動の同期は、異なる脳領域の情報のやりとりに重要である。この研究成果は、遅い神経振動活動を介した新たな多感覚情 報の統合機構の可能性を示した。
脳の機能を理解する上で、異なる情報を脳がいかに統合するかというのは主要な問題のひとつである。今後、このたび発見した徐波の位相同期が、個体の行動・学習にどう影響するのか、また大脳皮質以外の脳領域とどのように連携しているのかが明らかになることが期待できる。また、多感覚情報の統合機能は発達の段階で育まれ、その異常は発達障害と密接に関係しており、この研究の知見や手法を応用することで、発達障害のメカニズム解明や治療へつながると期待できるとしている。
