神経細胞は電気的に活発であるため、これまでの脳研究は神経細胞に主眼がおかれ研究が進められてきました、しかしながら神経細胞は脳内の３０％程度を占めるにすぎず、残りの７０％程度はグリア細胞といわれる細胞で構成されます。脳内には様々なグリア細胞が存在し、神経細胞と積極的に相互作用し、脳内環境を調節していると考えられています。私たちはそのようなグリア細胞であるミクログリア、アストロサイト、オリゴデンドロサイトに着目して研究を行っています。ミクログリアは脳内免疫担当細胞で、これまで免疫的防御を担っていると考えられ、様々な神経疾患への関与を調べられてきました。その中で私たちはその生理的な機能に着目し。その結果、ミクログリアが神経細胞に突起を伸ばし接触し、神経細胞と神経細胞をつなぐシナプスの活動状態を監視していることを発見しました。また、ミクログリアは虚血時においてシナプスの入れかわりが亢進する部位でシナプスを除去することも発見し、病態時の神経回路再編成に関与すること考えられています。そこで、私たちは、ミクログリアがどのように神経回路再編成を引き起こすのかを研究しています。

次に、もう一つのグリア細胞であるアストロサイトは、脳内の主要なグリア細胞であり、神経細胞への栄養補給、血液脳関門を形成することによる脳内環境の保持に寄与しています。これまでアストロサイトは神経細胞をサポートする役割しか持たないと考えられてきましたが、近年、神経伝達の調節や、シナプス形成・消失を行うなど、神経細胞に積極的に関わることが明らかになっています。そこで私たちは慢性疼痛モデルを用い、大脳皮質においてアストロサイトの活動が病態時においてどのように変化し、また変化したことによってどのように神経回路再編成に寄与するのかを研究しております。

さらにオリゴデンドロサイトは中枢神経系において軸索周囲に髄鞘を形成するグリア細胞として知られております。髄鞘を形成することによって神経伝導速度を調節し、近年この過程が神経活動依存的であることがわかってきました。このことによってオリゴデンドロサイトは神経細胞の発火のタイミングを調節することができると考えられます。そこで私たちはこれらの変化が学習行動や神経回路再編にどのように寄与するかを調べ、髄鞘の制御が損なわれた際に発火のタイミングが変化し、どのように学習行動を阻害し、神経回路再編を妨げるかを研究しております。

2光子励起法は、超短パルスレーザーを用いて蛍光物質を励起させる方法です。1光子励起に比べ発生確率の極端に低い2光子励起を近赤外領域の超短パルスレーザーによって引き起こすことにより、従来よりも（１）より低浸襲的に（２）より深部の構造物を、観察できます。

2光子顕微鏡を用いて生きた固体の脳内を観察するためには、特定の細胞に蛍光物質（蛍光蛋白質、蛍光色素）を導入する必要があります。私たちの研究室では主に４つの手法を用いて蛍光物質を導入しています。①蛍光色素の脳内投与。カルシウム指示薬やアストロサイトマーカーなどの色素を脳内に投与することで細胞標識を行います。②特定の細胞に蛍光蛋白質を発現する遺伝子改変マウス。神経細胞特異的に緑色蛍光蛋白質（GFP)を発現する遺伝子改変マウスを用い、神経細胞の微細構造を観察することができます。③子宮内エレクトロポレーション法を用いた蛍光蛋白質導入。胎児脳に蛍光蛋白質のDNAをエレクトロポレーションを用いて導入することができます。④アデノ随伴ウイルス(AAV)を用いた蛍光蛋白質導入法。これらの方法を実験目的により使い分けることで、生きた固体脳における神経・グリア細胞のダイナミックな活動・構造変化を観察することが可能となります。

生体、特に脳や骨格筋、心筋の細胞は、通常の外に対して負に帯電していて、興奮すると一時的に正の電位になります。すなわち細胞膜は電気を発生しているのです。一方で、細胞と細胞の間の情報伝達は殆ど化学物質によって行われます。そのため、物質（伝達物質）に対する細胞（受容体）の応答を観察することは機能解析における基本的でかつ重要な研究で、パッチクランプ法などの電気生理学的手法を用いて、世界的にも多くの研究が行われています。

パッチクランプ法は、正常過程の検索（生理学）や異常時（各種病態）における機能変化、薬による機能回復や副作用（薬理学）、各種病態遺伝子による情報伝達修飾（分子生物学）などを検討する際に細胞膜の電気的な現象を見る非常に有効な手法です。また、パッチクランプ方法は２０世紀の１０大発明のうちの一つに選ばれた方法で、生体機能解析、薬剤効果検定や導入した遺伝子の機能解析などにもっとも優れた方法です。