Research

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脳機能を司る生体電気信号の解明を目指して


   脳では無数の神経細胞がネットワークを形成し、こうした細胞が電気的活動を発生することにより、多様な情報処理が行われています。私の研究目標は、記憶や行動設計などの脳機能が、神経ネットワークの活動パターンによってどのように実現されているか解明することです。 この目標に向けて、多数の細胞の電気活動を同時に記録できるマルチユニット記録法をラットやマウスに適用し、得られた大規模データを動物の行動パターンと結び付けながら解析しています。同時に、特定の神経活動を増加・減少させる実験技術の確立にも取り組んでいます。 究極の目標は、神経回路動態から、すべての精神活動を説明できるようになることです。

1. 海馬細胞の情報演算の解析

  大脳皮質の一部である海馬は、いつ、どこで、何が起こったか、という時間と空間の情報を含むようエピソード記憶に重要な脳部位であると考えられています。このようなエピソード情報の表象を担う神経細胞の研究が進められています。特に海馬では、動物個体が特定の位置にいるとき活動する「場所細胞(place cell)」であること発見され、これは2014年のノーベル医学・生理学賞の対象となり、大きな注目を集めました。
  このような海馬細胞の活動は、シータ波やシャープウェーブリップル波などとよばれる特徴的な脳波(局所場電位)と密接に関わることが知られています。特に近年の研究では、特定の脳波が発生すると、自分の現在位置を担当する場所細胞以外にも、多数の神経細胞の活動が同時に含まれることが明らかになってきました。この活動が、単純な空間表象のみならず、将来の行動設計や連合学習など、複雑な脳機能にも関与するのではないかと考えられています。私たちは、この課題を深く追究するため、マウスやラットを用いて、様々な行動課題を設計し、海馬神経細胞の活動パターンを大規模計測・操作することで、「予測、連想、順応」など複雑な脳機能を司る神経信号の解読に挑戦しています。
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2. ストレス応答における中枢末梢連関

  動物がストレス応答を経験すると、生体機能に様々な不調が発現します。現代の人間社会では、ストレス応答の大半は、脳を起点とした心因性由来の生体反応です。すなわち、脳が外界の環境をどのように受容するかによって、その後のストレス応答が決定されることになります。多くの場合には、順応または機能破綻が生じます。
  私たちは、こうした精神的ストレス応答について、全身神経がどのような情報伝達を行い、また、それらがどのように時間変化するか調べています。これまでの研究にて、1つの動物個体において、ストレス応答を司る複数脳領域の神経活動、および自律神経活性の両方を慢性的に計測できる神経網羅解析法を構築しました。本法を用いて、ストレス応答の経過を詳細に記録し、脳ではストレス経験がどのように記憶されるか、また、記憶が過剰に想起されたときには、どのように身体反応が影響を受けるか解析しています。こうした研究により、心的状態の変化という観点から、各末梢器官の機能不調のメカニズムを理解することを目指しています。