発達、学習、脳障害回復期にみられる運動・感覚・認知などの脳機能表現の変化の背景として、神経回路の長期的再編成があげられます。本研究室では、多光子励起顕微鏡による生体内微細構造・機能の長期生体イメージング法とスライスパッチクランプ法によるシナプス伝達の電気生理学的解析法を軸に、この神経回路の再編過程の制御機構を明らかにすることを目的としています。近年、グリア細胞は神経回路の恒常性を維持する要素として着目されています。しかし、生体脳における生理的機能やその破綻による疾患は未だ多く知られておりません。グリアの生理的新機能の解明のため、、大脳皮質においてグリアによる神経活動変化の機序について、光遺伝学・遺伝子改変技術や多点同時光刺激技術を用いて神経細胞・グリア細胞活動を操作することによって神経回路活動およびグリア細胞によるシナプス再編の制御機構の解明を目指しています。特に、難治性の病態である慢性疼痛発症の背景にある病的神経回路構築とアストロサイトとの関連、さらには、アストロサイト活動を制御して病的回路の解除と感覚の正常化を目指しています。次に、感覚系の神経回路は発達期に感覚経験依存的に変化することが知られています。行動解析と電気生理学的手法によるシナプスレベルでの可塑性の解析、生体イメージングを組み合わせることで、行動パターンの発達の基盤となる細胞・シナプスレベルの可塑性を解明することを目指しています。
異分野連携を通じ、革新的な計測技術開発を行っています。生体脳計測に最適な高精細CMOSイオンイメージセンサを共同開発し、神経活動に伴って微小領域でpHが変化する様子を捉えることに成功しています。また、癲癇モデルでは電気的てんかん用神経活動の前にｐH変化の伝搬が起こっていることが見られ、今後臨床医療におけるてんかん予測・治療への貢献を目指していきます。
図1 CMOSイオンイメージセンサによって生体脳における神経活動依存的なpH変化を捉えた
図2 治療的アプローチとしての活性化アストロサイトによる疼痛回路再編成
