明るいライトに覚醒効果がある理由を説明

ここ数十年、科学者たちは、さまざまなニューロンがどのように相互に接続し、信号を送信するかについて多くのことを学びました。

しかし、「軸索」として知られている個々の神経線維の活動を追跡することは困難でした。

その一部は足の指の先端から頭まで伸びています。

これらの接続を理解することは、脳が体の他の部分からの信号をどのように受信して応答するのかを理解するために重要です。

アメリカにある生物医学系の研究所であるソーク研究所（Salk Institute）とカリフォルニア大学サンディエゴ校（UCSD）の研究者は、これらの接続を　　　追跡し、ニューロンの通信方法を決定するための新しい手法を報告しています。

2019年10月15日にCell Reportsで公開された内容ではチームはこの手法を使用してマウスの網膜が受信した光信号に対する脳の反応の詳細を明らかにしました。

「この研究は、誰もこれらのつながりを研究する方法を理解することができなかったため、その突破口となるものです。」

と同論文の共著者であるソーク研究所の教授であるサッチダナンダ・パンダ氏は述べています。

「この新しい技術により、電子顕微鏡の限界をはるかに超えることができました。」

新しい方法は、本質的に感光性である網膜神経節細胞（ipRGC）と呼ばれるニューロンのタイプを理解するために、いくつかの異なる実験室技術を　　利用しています。

これらの細胞は、網膜の目の奥にあり、青い光を感知する「メラノプシン」と呼ばれるタンパク質を発現しています。

ソーク研究所のチームとUCSDのチームは、ウイルスを使用して、ミニシングレット酸素生成タンパク質（mini-SOG）と呼ばれるタンパク質をipRGCに　　送達しました。

これにより、細胞を電子顕微鏡でより詳細に表示できます。このシステムは、脳のさまざまな部分に届く長い軸索を含むニューロン全体を光学顕微鏡と電子顕微鏡の両方で簡単に追跡できるように、ミニSOGを光感受性細胞の膜につなぐように設計されました。

「相関マルチスケール光および電子顕微鏡イメージング用の新しい、遺伝的に導入されたプローブの開発と応用のおかげで、ソーク研究所およびUCSDベースの研究チームは、網膜からサーカディアンリズム、目の反射、視覚に重要な脳の領域につながる複数の神経細胞まで発生する小さな　　プロセスを追跡することができました。」

と、UCSDの神経科学の著名な教授であり、ソーク研究所の助教授であるマーク・エリスマン氏は話しています。

「我々は、これらの神経細胞が複雑な回路の次のニューロンに信号を送るために必要な機械について、前例のない3次元情報を取得することが　　　できました。」

研究者によると、「mini-SOG」を使用した研究のほとんどは細胞株で行われており、網膜からのニューロンがどのように脳を配線するかをマッピング　するためにマウスで使用されたのは初めてでした。

この方法により、ipRGCと脳のさまざまな部分との接続に関する新しい情報を収集できました。

ipRGCは、非常に異なるタスクを制御する多くの脳領域に接続することが知られています。

細胞は脳の一部に外の明るさを伝えて、1秒以内に瞳孔を急速に閉じます。

同じipRGCは、睡眠-覚醒サイクルを調節する脳内のマスタークロックにも接続します。

「しかし、完全に目覚めるには数分間の明るい光が必要です。」

とパンダ氏は言います。

「同じipRGCがこれらの非常に異なるタスクを異なる時間スケールでどのように行うかについては、今まで明らかにはなっていませんでした。」

研究者は、その違いは網膜によって検出された光が脳に到達する方法に関係していることを発見しました。mini-SOG、をマウスの目に届けることで、光に反応して瞳孔を収縮させる脳の部分まで信号を追跡することができました。

「これらの接続ははるかに強力でした。庭のホースから注ぐ水に似ています。」

とパンダ氏は言います。

 「一方、ipRGCとマスタークロック間の接続は弱いものでした。点滴灌漑システムのようでした。」

ipRGCはこのより遅い点滴システムを介して概日リズムの中心に光信号を送るため、意味のある情報が脳時計に到達してリセットされるまでに時間がかかります。

「この研究は、夜に起きて水を飲んで数秒間ライトをつけると、通常はすぐに眠りに戻ることができる理由を説明するのに役立ちます。」

とパンダ氏は言います。

「しかし、外で騒音が聞こえ、照明をつけたまま30分間家の周りを歩いてみることになった場合は、再び眠りにつくのは困難です。

脳内のマスタークロックニューロンに到達する十分な光信号があり、最終的に脳の残り部分を目覚めさせてしまいます。

パンダ氏は、研究者が本質的に同じウイルスを使用してあらゆるニューロンでminiSOGを発現し、異なるニューロンが異なる付属器官に接続する方法を尋ねることができるため、新しい技術は他の神経接続の研究に役立つと言います。

「これらの発見と方法は、通常の脳に長距離配線とヒト疾患での動物モデルにおけるそれを研究する脳研究者へ新しい研究の機会を開くものです。」

とエリスマン氏は付け加えています。

 

【以下のリンクより引用】

Novel technique helps explain why bright light keeps us awake

Medical Xpress