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ニューロフィードバックによる海馬シータ位相歳差の誘導

青木, 勇樹 東京大学 DOI:10.15083/0002007100

2023.03.24

概要













ニュ ー ロフィ ー ドバックによる海馬シ ー タ位相歳差の誘導








青木

勇樹

海馬は空間記憶やエピソ ー ド記憶の形成に重要な役割を持つ脳領域である。海馬の神経活動は
動物の行動時と睡眠時で大きく異なることが知られている。 動物の行動時、海馬ではシ ー タ波と
呼ばれる8 Hz程度の脳波が記録され、 一部の海馬神経細胞は動物が特定の場所(場所受容野)
を通過するときにのみ発火を示す場所細胞として活動する。一方、睡眠時にはリップルと呼ばれ
る200 Hz程度の高周波帯域の脳波が不規則なタイミングで生じ、 それに伴って行動時に活動し
た場所細胞が再活l生化する。 これらの神経活動は、 記憶の獲得・固定化に寄与すると考えられて
いる。
行動時に生じる場所細胞の発火は、シ ー タ波と関連を持つことが知られている。シ ー タ波の位
相と場所細胞の発火タイミングを比較すると、 動物が場所受容野に侵入する際には、シ ー タ波の
位相の後半で場所細胞が発火し、動物が場所受容野内を進むにつれてシー タ波の位相の前半で発
火するようになる。 このように、場所細胞の発火がシ ー タ波の位相に対して前進する現象は、 「 シ

タ位相歳差」と呼ばれている。 近年、 このシ ー タ位相歳差を阻害すると、その後の睡眠時にお
ける場所細胞の再活性化が阻害されることが示された。このことから、シ ー タ位相歳差は、睡眠
時の再活性化を誘導する役割を持つと考えられている。そこで、本諭文において青木は、新規に
開発した神経活動の記録系とニュ ー ロフィ ー ドバックを用いてシ ー タ位相歳差を海馬神経細胞
に誘導し、睡眠時における発火活動を解析することで、 シ ー タ位相歳差が持つ役割に迫ることを
目的として研究を行った。
初めに青木は、記録電極を用いた神経活動記録手法と、光遣伝学を用いた神経活動操作手法を
組み合わせ、神経活動の記録と操作を同時に行う実験系を確立した。記録電極に光ファイバ ーを
貼り付けた、 オプト電極セットを作製した。 ラットの海馬CAI野にウイルスベクタ ーを用いて、
光活性化非選択的陽イオンチャネルであるチャネルロドプシン2を発現させた。このラットの海
馬CAI野にオプト電極セットを刺入した。一部の海馬神経細胞が光照射に応じて発火を示したこ
とから、 海馬神経活動の記録・操作系を確立したと判断した。
次に青木は、海馬神経細胞にシ ー タ位相歳差を誘導する刺激系を確立した。シ ー タ位相歳差は、
動物の場所と海馬シ ー タ波の両方に依存する現象である。 この現象を人工的に模倣するため、動
物の場所、シ ー タ波をリアルタイムに記録・解析し、特定の条件を満たすタイミングでのみ光刺
激を行うニュ ー ロフィ ー ドバックを開発した。青木はこのニュ ー ロフィ ー ドバックを用いて、シ

タ位相歳差を模倣するタイミングで剌激を行うことに成功した。また、 シ ー タ波に依存せずラ
ンダムなタイミングで刺激を行うランダム剌激システムの開発を行った。こちらのニュ ー ロフィ

ドバックを用いることで、シ ー タ位相歳差光刺激時とは異なり、シ ータ位相に依存しないラン
ダムなタイミングで刺激を行った。これらのシステムを用いることにより、シ ー タ位相歳差の誘
導が神経活動に与える影響の解析が可能になった。
青木は、上記ニュ ー ロフィ ー ドバックを用いて、シ ー タ位相歳差の誘導が海馬神経活動に与え
る影響を検証した。特に、睡眠時における再発火への影響、その後の場所細胞の発火の安定性へ
の影響を検証した。 まず、場所細胞の発火の安定性への影響について検証を行った。ポストレス
ト後に再び同じトラック課題を、光刺激を行わないアフタ ー コントロ ー ルとして行った。各課題
中に記録された発火を比較すると、シ ー タ位相歳差光刺激群においては課題間で類似した発火が

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謝辞

本研究を行うにあたり、いつも親身にご指導・ご鞭撻いただきました東京大学大学院

薬学系研究科薬品作用学の池谷裕二 教授に、心より感謝致します。研究に対する様々

な御指摘・御助言を賜りました。日ごろから温かい激励の言葉を掛けて下さり、研究生

活を送るにあたり、大きな支えとなりました。

研究室内でのセミナーをはじめとする議論の場において、本研究に対する様々な御指

摘・御助言を賜りました、東京大学大学院薬学系研究科薬品作用学教室の小山隆太 准

教授、中嶋藍 助教、松本信圭 特任助教、および 化学物質安全性評価システム構築教

室の竹内春樹 特任准教授に心よりお礼を申し上げます。

本研究を遂行するにあたり、直接のご指導を賜りました東京大学大学院薬学系研究科

薬品作用学教室の佐々木拓哉 特任准教授に心よりお礼申し上げます。研究テーマの立

案、実験手技、データ解析手法、論文や学会発表の準備に至るまで、常に親身にサポー

トをしてくださいました。さらに、研究に対する姿勢や進路などについても、様々な助

言を頂き、研究者としての在り方を見つめ直す機会をたくさん与えて下さりました。

博士課程を同期として過ごし、共に切磋琢磨した東京大学大学院薬学系研究科薬品作

57

用学教室の安藤めぐみさん、岡田桜さん、高夢璇さん、平木俊光君、八木佐一郎君に心

よりお礼申し上げます。充実した研究室生活を送ることができました。

同じ研究グループとして本研究をあらゆる面から支えていただき、多くのご助言をい

ただきました卒業生の鹿野悠博士、井形秀吉博士、中山亮太博士、西村侑也博士、東京

大学大学院薬学系研究科薬品作用学教室の鹿山将さん、紺野大地さん、小此木闘也君、

三宅功朔君、柳下晴也君、瀧口龍之介君に心よりお礼申し上げます。

日々の研究生活を送る中で、温かいサポートをいただきました薬品作用学教室の先輩、

後輩の皆様に心よりお礼申し上げます。

日常生活を様々な面からサポートしていただきました家族へと心よりお礼申し上げ

ます。

本研究は、様々な方のご指導やご支援のもと行ってまいりました。最後に今一度、お

力添えいただいた全ての方へ、深く感謝申し上げまして、本論文の結びとさせていただ

きます。

58

...

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